CN105551087A - 基于云的景区实时全息虚拟现实系统及其捕捉系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统及其捕捉系统和捕捉方法，其实时全息景虚拟信息捕捉子系统，用于实时捕捉包括景区三维全息图像、景区环境信息(温度、噪音等)在内的全息虚拟信息，其通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面获取三维全息图像；云服务子系统，包括云存储、云传输、云计算，用于接收实时全息景虚拟信息捕捉子系统捕捉到的实时全息虚拟信息，并做相关处理计算后，传输给各个实时全息景虚拟重现区域；以及实时全息景虚拟重现子系统，负责将云服务子系统送来的实时全息虚拟信息重现出来，以在实时全息景虚拟重现区域同步重现景区当前情况，供游客在重现的虚拟景区旅游。可将异地巨型景真实、实时地全息同步展现。

Description

基于云的景区实时全息虚拟现实系统及其捕捉系统和方法

技术领域

本发明涉及的是实时全息虚拟现实系统，尤其是基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，主要用于实时虚拟三维旅游，还涉及其全息景虚拟信息捕捉系统和捕捉方法。

背景技术

国内旅游业(这里仅指传统物理旅游)近几年发展势头迅速，但对于消费者而言，选择传统物理旅游方式仍然存在着诸多局限性。

一是受自身经济条件限制，众多理想中的旅游目的地，因自己无法承受费用而搁置，特别是国外优美的景点。

二是受身体条件(生病、受伤、年老)，不能够亲身体验到自己心仪的景点。

三是时间成本，想去的地点往返路途遥远，自身没有充足的时间，以及传统物理旅游景点观赏的时间属性是节点性的，难以实现对景区的持续性和全面性体验。

四是旅游发展面临的瓶颈与压力：

1.景区承载量的问题(尤其是外滩事件之后，国家非常重视景区承载力，景区不能完全满足游客接待任务)；

2.淡旺季分布不均的问题(全球性问题，旺季人满为患，淡季门可罗雀，如何削峰填谷)。

为了解决上述问题，目前，发展出了一种实时虚拟三维旅游的想法，其含义是，将一个实际物理景区，通过虚拟现实技术搬运到另一个空间，使原来景区在另一空间似“海市蜃楼或彩虹”虚拟形式，以全息三维成像的方式，在空气中实时再现，供游客在虚拟景区内游览。

虚拟三维旅游景区，具有巨大的经济价值和社会价值，通过将实地物理景观在异地三维全息具现，间接实现了生态系统地保护以及远程异地的景观演示；另一方面，一些重要的场面(如会议、演出、历史场景等)以及旅游主体个性化旅游表达，也能够因为该技术得到保存和适时三维演示及互动体验。

只是，目前尚没有一种适合的实用方案，尤其是如何真实、实时的再现是急需解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明目的在于提供一种基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其利用基于云技术的全息虚拟显示技术，可以将异地的著名风景区真实、实时的全息地展现在旅游者面前，尤其是，即便对于尺寸很大的景物而言，亦可以真实、实时的全息地展现在旅游者面前。

为了达到上述目的，本发明提供的主要技术方案包括：、

一种基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其包括：

实时全息景虚拟信息捕捉子系统，用于实时捕捉包括景区三维全息图像、景区环境信息在内的实时全息虚拟信息，其中，通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面，以实时捕捉目标物体的三维全息图像；

云服务子系统，包括云存储模块、云传输模块、云计算模块，用于接收实时全息景虚拟信息捕捉子系统捕捉到的实时全息虚拟信息，并做相关处理计算后，传输给各个实时全息景虚拟重现区域；以及

实时全息景虚拟重现子系统，负责将云服务子系统送来的实时全息虚拟信息与景区同步重现出来，以在实时全息景虚拟重现区域重现景区当前情况，供游客在重现的虚拟景区同步旅游。

其中，通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图。

较佳的，采用CCD摄像机通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图。

更进一步的，采用“全景扫描”的方法多次采集多张全息图后，再对多张全息图进行数字合成，来获得物体的整体全息图。

本发明的一个实施例中，使用基模光束为高斯分布的单模激光器，通过光阑滤掉相对光强小于预定阙值的光束，保留中心亮斑，之后使用具有补强功能的扩束系统提高光束的光强分布均匀性。

其中，预定阙值为1/2。

其中，利用3D激光全息技术实时捕捉景区的三维全息图像。

其中，景区环境信息采集是利用3D全息环境感应技术进行的。

较佳的，景区环境信息包括声音、气候信息。

更进一步的，景区环境信息中的气候信息包括风、雨、雪、温度或空气湿度。

所述声音包括噪音。

本发明的一个实施例中，实时全息景虚拟重现子系统，利用3D全息环境感应技术，将景区的环境信息与虚拟的3D场景结合起来，增加身临其境的感觉。

本发明的一个实施例中，实时全息景虚拟信息捕捉系统，利用3D激光全息技术进行景区全息影像实时采集、利用3D全息环境感应技术进行环境信息实时采集、将二者数据进行优化传输到云服务子系统，再由云服务子系统进行深度加工多源融合信息。

本发明的一个实施例中，实时全息景虚拟重现子系统，还结合虚拟景区区域的构筑物，将收到的融合全息景区信息进行与景区同步重现，并利用虚拟场景互动交换技术，让游客与虚拟景区进行交互。

本发明的一个实施例中，实时全息景虚拟重现子系统，利用3D激光全息技术、3D环境感应技术和全息互动技术，结合现场构筑物共同重新虚拟景像。

本发明的一个实施例中，为了达到更好的观景效果，利用2.5D金字塔伪全息技术在全息金字塔中形成悬浮的固定物体的像，利用白光数字全息投影出运动物体的动画，再加以AR技术增强现实，提高整个场景的裸眼视觉效果。

较佳的，再辅以视觉以外的其他感官刺激，增加身临其境的效果。

其中，视觉以外的其他感官刺激包括听觉、触觉。

上述任一个实施例中，实时全息景虚拟信息捕捉子系统对景区的全息虚拟信息的捕捉是通过景区虚拟信息捕捉节点设备实现的。

一种实时全息景虚拟信息捕捉系统，其包括：

多束平行激光照射模块，通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面；和

全息图生成模块，通过多束平行激光的反馈来实时捕捉目标物体的三维全息图像。

其通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面，可以实时捕捉大体积的目标物体的三维全息图像。

其中，目标物体为大体积的目标物体(如山、湖、树木、树林、大型建筑物等)。

其中，通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图。

较佳的，采用CCD摄像机通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图。

更进一步的，采用“全景扫描”的方法多次采集多张全息图后，再对多张全息图进行数字合成，来获得物体的整体全息图。

本发明的一个实施例中，使用基模光束为高斯分布的单模激光器，通过光阑滤掉相对光强小于预定阙值的光束，保留中心亮斑，之后使用具有补强功能的扩束系统提高光束的光强分布均匀性。

其中，预定阙值为1/2。

一种实时全息景虚拟信息捕捉方法，其通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面，以实时捕捉目标物体的三维全息图像。

其中，目标物体为大体积的目标物体(如山、湖、树木、树林、大型建筑物等)。

其中，通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图。

较佳的，采用CCD摄像机通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图。

更进一步的，采用“全景扫描”的方法多次采集多张全息图后，再对多张全息图进行数字合成，来获得物体的整体全息图。

本发明的一个实施例中，使用基模光束为高斯分布的单模激光器，通过光阑滤掉相对光强小于预定阙值的光束，保留中心亮斑，之后使用具有补强功能的扩束系统提高光束的光强分布均匀性。

其中，预定阙值为1/2。

本发明的有益效果是：

本发明的基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其利用基于云技术的全息虚拟显示技术，可以将异地的著名风景区真实、实时地全息展现在旅游者面前，尤其是，即便对于尺寸很大的景物而言，亦可以真实、实时的全息地展现在旅游者面前。

本发明的实时全息景虚拟信息捕捉系统和方法，其即便对于尺寸很大的景物而言，亦可以真实、实时的全息地展现在旅游者面前。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明一个实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式对本发明作详细描述。

本发明的一种实时全息景虚拟信息捕捉系统，其包括：

多束平行激光照射模块，通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面；和

全息图生成模块，通过多束平行激光的反馈来实时捕捉目标物体的三维全息图像。

其中，目标物体为大体积的目标物体(如山、湖、树木、树林、大型建筑物等)。

其中，可以通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图。

较佳的，可以采用CCD摄像机通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图。

更进一步的，可以采用“全景扫描”的方法多次采集多张全息图后，再对多张全息图进行数字合成，来获得物体的整体全息图。

本发明的一个实施例中，还可以使用基模光束为高斯分布的单模激光器，通过光阑滤掉相对光强小于预定阙值的光束，保留中心亮斑，之后使用具有补强功能的扩束系统提高光束的光强分布均匀性。

其中，预定阙值可以为1/2。

本发明的实时全息景虚拟信息捕捉系统，可以通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面，来实时捕捉目标物体的三维全息图像的实时全息景虚拟信息捕捉方法，实时捕捉大体积的目标物体的三维全息图像。

参见图1，本发明提供的一种基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其包括：

远程云技术实时全息景虚拟信息捕捉子系统，用于捕捉包括景区三维全息图像、景区环境信息在内的实时全息虚拟信息，其中，通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面，以实时捕捉目标物体的三维全息图像；

云服务子系统，包括云存储模块、云传输模块、云计算模块，用于接收实时全息景虚拟信息捕捉子系统捕捉到的实时全息虚拟信息，并做相关处理计算后，传输给各个实时全息景虚拟重现区域；以及

实时全息景虚拟重现子系统，负责将云服务子系统中送来的实时全息虚拟信息重现出来，以在实时全息景虚拟重现区域同步重现景区当前情况。

其中，景区三维全息图像的捕捉是利用3D激光全息技术实现的。具体的，是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现，其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来，记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片。全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个像，即原始像(又称初始像)和共轭像。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应，全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。

其中，景区环境实时信息采集是利用3D实时全息环境感应技术进行的。

其中，景区环境信息包括声音、气候信息。

较佳的，景区环境信息中的气候信息包括风、雨、雪、温度、空气湿度。

其中，实时全息景虚拟重现子系统，利用3D实时全息环境感应技术，将场景周围与景区的实时环境信息与虚拟的3D场景结合起来，增加身临其境的感觉。例如：走到虚拟的武夷山景区，乘上竹排、可以感受到与景区一致的凉风和水流的响声、鸟儿的叫声等自然环境信息。

较佳的，实时全息景虚拟重现子系统，还结合虚拟景区区域的构筑物，将收到的融合全息景区信息进行同步重现，并利用虚拟场景互动交换技术，让游客与虚拟景区进行交互。

本发明的一个较佳实施例中，实时全息景虚拟信息捕捉系统，利用3D激光全息技术进行景区全息影像实时采集、利用3D全息环境感应技术进行环境信息实时采集、将二者数据进行优化传输到云服务子系统，再由云服务子系统进行深度加工多源融合信息。

本发明的一个较佳实施例中，实时全息景虚拟重现子系统，利用3D激光全息技术、3D环境感应技术和全息互动技术，结合现场构筑物共同重新虚拟景像。

本发明的一个较佳实施例中，实时全息景虚拟重现子系统形成的3D全息环境还与身处虚拟环境中的人互动。例如用手去摸环境中的水、树木、拥抱虚拟环境中的人有相应的触摸感觉。

上述任一个实施例中，利用云服务子系统负责数据接收和加工计算机存储。

较佳的，云服务子系统还可以为各地虚拟景区和实际景区提供大数据服务。

上述任一个实施例中，全息景虚拟信息捕捉子系统对景区的全息虚拟信息的捕捉是通过景区虚拟信息捕捉节点设备实现的。

如图2所示，本发明一个实施例的基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其包括：远程设备终端、云处理终端、本地设备终端和用户辅助移动设备终端。

其中，远程设备终端包括图像传感器、温度传感器、湿度传感器、声音传感器(如麦克风)与风力传感器。

其中，本地设备终端包括投影设备、空调设备(如中央空调)、音响设备、无线通信网络(如WI-FI)。

其中，用户辅助移动设备终端可以是安装有预定APP的智能手机。

其中，云处理终端与远程设备终端、本地设备终端、用户辅助移动设备终端分别连接，用于数据的整合与处理。

较佳的，远程设备终端的温度传感器、湿度传感器与风力传感器将采集的数字信号上传至云端，云处理终端将数据整合、处理成中央空调所识别的语言并发送，由中央空调产生与远端一致的人类感官环境。

较佳的，声音信号的采集由麦克风实现，交由云端进行编码，本地使用数字音响设备解码并播放声音。

较佳的，用户辅助移动设备终端的APP可以使用AR现实增强技术以提升APP与线下产品的联系程度与用户观景体验。其中用户可以通过扫描二维码、应用商店等方式下载APP。

较佳的，四大设备终端(即远程设备终端、云处理终端、本地设备终端和用户辅助移动设备终端)使用四个不同时钟工作，远程设备终端与本地设备终端下的子终端分别使用相同时钟工作。

其中，利用短脉冲激光器与CCD阵列，连续获取运动物体的数字全息图，通过投影设备获得与原物体一致的3D图像，使人眼可获得实时的3D动态图像。

具体的，远程设备终端的数字全息摄影系统包括CCD摄像机、分光镜、绿光高功率激光器、红光高功率激光器、蓝光高功率激光器和激光扩束镜。

其中，绿光、红光、蓝光高功率激光器的激光经激光扩束镜分别以三个不同角度照射目标物体(即景点)，这三束光线经目标物体表面漫反射后(物光)与其相干的三束激光(参考光)产生干涉，由CCD记录干涉图样即全息图，之后将数据转交云端处理。

其中，对于景区而言，由于目标物体体积较大，激光经扩束后仍无法覆盖整个物体表面，因此，激光器需要使用大数值孔径摄像系统，但是目前的全息摄影技术难以实现。为此，本发明采用了并行多束平行激光照射的方法来解决现有技术的上述问题。

较佳的，为了降低成本和安装难度，本发明采用普通CCD摄像机通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图，以达到上述目的。

更进一步的，由于全息图中的每一个像素都包含了光阑范围内所有被采集物体的信息，而上述“全景扫描”方法生成的单张全息图并不具备整体物体的信息，因此，本发明通过采用“多次采集不同景色的全息图后，再对多张全息图进行数字合成”的方法，以获得较佳的效果。

另外，由于激光光束的光强在横截面上并非是均匀分布的，而这会导致经过扩束后的激光光束在被照射物体表面的光强的不均匀分布，并在形成全息图时带来不利影响，为了解决该技术问题，本发明采用的方法为：使用基模光束为高斯分布的单模激光器，通过光阑滤掉相对光强小于1/2的光束，保留中心亮斑，之后使用具有补强功能的扩束系统提高光束的光强分布均匀性。

其中，利用投影仪或者LED将3D模型的四个侧面分别对应投影到金字塔的四个方向的全息膜上，利用光的反射使观看者从四个观测方向分别得到不同的3D视图。还可以加入触屏效果，来实现更好的观景体验。

本发明的一个实施例中，为了达到更好的观景效果，其与前一实施例的区别在于，本地设备终端重现虚拟景区的图像处理方法为：利用2.5D金字塔伪全息技术在全息金字塔中形成悬浮的固定物体的像，利用白光数字全息投影出一些运动物体的动画(如鸟、虫等)，以保证具有较佳的实时性，再加以AR(AugmentedReality，简称AR)技术增强现实，使得整个场景获得震撼的裸眼视觉效果。

较佳的，再辅以视觉以外的其他感官(包括听觉、触觉)刺激，增加身临其境的效果。

本发明的一个应用实施例中，可以在美国黄石公园景区某些地方加入远程云技术全息景区虚拟信息捕捉节点设备，设备将捕捉到的信息通过云技术传输到中国某个设置了全息虚拟重现区域的地方就可以复现美国黄石公园的这些特殊地方的全息景色，例如风、雨、雪、温度、空气湿度、声音、阳光、星星、月亮、同时包括实时的3D全息虚拟影像，旅游者甚至可以触摸景区的物体如花草、树木等，另外配上地形环境重建技术、让旅游者行走在其中甚至感觉到自己就在美国黄石公园旅游。

综上所述，本发明的基于云技术的景区全息虚拟现实系统，其利用基于云技术的全息虚拟显示技术，可以将异地的著名风景区真实、实时地全息展现在旅游者面前，尤其是，即便对于尺寸很大的景物而言，亦可以真实、实时的全息地展现在旅游者面前，具有巨大的经济价值和社会价值，通过将实地物理景观在异地三维全息具现，间接实现了生态系统地保护以及远程异地的景观演示；另一方面，一些重要的场面(如会议、演出、历史场景等)以及旅游主体个性化旅游表达，也能够因此得到保存和适时三维演示及互动体验。尤其是，本发明不仅可以实现异地虚拟现实，还具有较佳的实时性。

Claims (9)

1.一种基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其特征在于，其包括：

实时全息景虚拟信息捕捉子系统，用于实时捕捉包括景区三维全息图像、景区环境信息在内的全息虚拟信息，其中，通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面，以实时捕捉目标物体的三维全息图像；

云服务子系统，包括云存储模块、云传输模块、云计算模块，用于接收实时全息景虚拟信息捕捉子系统捕捉到的实时全息虚拟信息，并做相关处理计算后，传输给各个实时全息景虚拟重现区域；以及

实时全息景虚拟重现子系统，负责将云服务子系统送来的实时全息虚拟信息重现出来，以在实时全息景虚拟重现区域同步重现景区当前情况，供游客在同步重现的虚拟景区旅游。

2.如权利要求1所述的基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其特征在于：通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图。

3.如权利要求2所述的基于云技术的景区全息虚拟现实系统，其特征在于：采用CCD摄像机通过“全景扫描”的摄像方法来获得物体的全息图。

4.如权利要求3所述的基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其特征在于：采用“全景扫描”的方法多次采集多张全息图后，再对多张全息图进行数字合成，来获得物体的整体全息图。

5.如权利要求1所述的基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其特征在于：利用2.5D金字塔伪全息技术在全息金字塔中形成悬浮的固定物体的像，利用白光数字全息投影出运动物体的动画，再加以AR技术增强现实，提高整个场景的裸眼视觉效果。

6.如权利要求5所述的基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其特征在于：再辅以视觉以外的其他感官刺激，增加身临其境的效果。

7.如权利要求6所述的基于云技术的景区实时全息虚拟现实系统，其特征在于：视觉以外的其他感官刺激包括听觉、触觉。

8.一种实时全息景虚拟信息捕捉系统，其特征在于，其包括：

多束平行激光照射模块，通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面；和

全息图生成模块，通过多束平行激光的反馈来实时捕捉目标物体的三维全息图像。

9.一种实时全息景虚拟信息捕捉方法，其特征在于，通过并行多束平行激光照射来覆盖目标物体的整个表面，以实时捕捉目标物体的三维全息图像。