CN105931289B - 实现真实模型遮盖虚拟物体的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为实现真实模型遮盖虚拟物体的系统及方法，系统包括真实模型与物理设备，其中真实模型是由一个模型底板和若干个真实模型插板拼插而成；物理设备包括：摄像头、识别模块、渲染处理模块、显示件与存储器；实现方法是通过物理设备的摄像头识别拼装模型的底板标记点，完成在显示件上观看真实模型遮挡虚拟物体的效果，从而使画面更加丰富，进一步提升儿童对早教玩具的兴趣。

Description

实现真实模型遮盖虚拟物体的系统及方法
技术领域
本发明涉及AR儿童早教玩具领域，具体涉及一种实现真实模型遮盖虚拟物体的系统及方法。
背景技术
增强现实（Augmented Reality，简称 AR），它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。
现今AR技术多用于在儿童早教玩具领域，而用于儿童早教玩具领域的虚拟现实技术均是真实场景在下层，虚拟物体在上层，从而实现真实世界与虚拟世界的结合，但是现有技术中在未出现在显示件上观看真实纸质模型遮挡虚拟物体的效果。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺陷本发明提供一种实现真实模型遮盖虚拟物体的系统及方法，其可以通过一种简单的方法完成在显示件上观看真实模型遮挡虚拟物体的效果，从而使画面更加丰富，进一步提升儿童对早教玩具的兴趣。
实现真实模型遮盖虚拟物体的系统，其包括真实模型与物理设备，其中真实模型是由一个模型底板和若干个真实模型组件组合而成；所述模型底板上设置若干位置点，每个真实模型组件对应的模型底板上的位置点固定不变；所述模型底板上设置标记点；所述物理设备包括：摄像头、识别模块、渲染处理模块、显示件与存储器。
优选真实模型是由一个模型底板和若干个真实纸质模型插板拼插而成的纸质模型，所述模型底板上设置若干插孔，每个真实纸质模型插板对应的插孔固定不变。若干插孔周围标有编号，若干纸质模型插板上标有编号，两者编号一一对应。所述编号由数字及字母组成。优选模型底板是珍珠板材质制作的纸模底板，若干个真实纸质模型插板是白卡纸材质制作的纸质拼插件。
所述的真实模型还可以是由一个模型底板和若干个真实立体模型摆件组合而成的模型，所述模型底板上设置若干摆放点，每个真实纸质模型插板对应的摆放点固定不变。优选真实立体模型摆件是对应摆放点摆放在模型底板上的塑料摆件或木头摆件。
优选显示件为手机或平板电脑。
实现真实模型遮盖虚拟物体的方法，具体步骤如下：
步骤1：获得真实模型，在真实模型上设置标记点；
步骤2：用渲染处理模块制作两个虚拟模型，一个是与真实模型
形状和大小相同的虚拟立体模型，另一个是虚拟物体；
步骤3：用渲染处理模块进行虚拟立体模型与真实模型的形状、大小、比例和坐标的对位，并对虚拟立体模型进行深度距离、角度与真实空间匹配的计算；
步骤4：用渲染处理模块设置虚拟立体模型不可渲染模式，而虚拟物体设置为可渲染模式；
步骤5：在渲染处理模块中将虚拟物体摆放在虚拟立体模型的后面；使虚拟立体模型在物理设备的显示器上完全覆盖真实模型；
步骤6：用存储器储存制作好的虚拟立体模型和虚拟物体；
步骤7：用摄像头捕获纸质模型的图像信息与真实模型上的标记点；用识别模块识别真实模型上的标记点；
步骤8：用渲染处理模块用于根据识别出标记点，调用储存器中储存的虚拟模型；显示件显示出真实模型遮挡虚拟物体的效果。
实现真实模型遮盖虚拟物体的系统优选为一种AR立体拼插纸质模型系统：其包括纸质模型与物理设备，其中纸质模型是由一个模型底板和若干个真实纸质模型插板拼插而成；所述物理设备包括：摄像头、识别模块、渲染处理模块、显示件与存储器；所述模型底板上设置若干插孔，每个真实纸质模型插板对应的插孔固定不变；所述模型底板设置标记点（标记点是印在底板的设计图）。渲染处理模块用于制作两个虚拟模型，具体为利用三维软件制作两个虚拟模型，一个是与真实纸质模型插板形状和大小相同的虚拟立体模型，另一个是为实现可被真实纸模模型遮挡的虚拟物体。渲染处理模块用于根据识别标记点，进行虚拟立体模型与真实纸质模型插板的形状、大小、比例、坐标等对位，并在渲染处理模块计算虚拟立体纸模模型与真实立体纸模深度距离与角度空间关系，设置为不可渲染的模式，而另一被遮挡的虚拟体设置为可渲染的模式。在渲染处理模块中将虚拟物体摆放在虚拟立体模型的后面，使虚拟立体模型在物理设备的显示器上完全覆盖真实纸质模型插板，存储器（以下储存器指设备的运行内存）用于储存制作好的虚拟立体模型和虚拟物体；摄像头用于捕获纸质模型的图像信息及模型底板上的标记点，识别模块用于识别模型底板上的标记点，渲染处理模块用于根据识别模块识别出的模型底板上的标记点，调用存储器内存储的虚拟模型；显示件用于显示真实纸质模型插板遮挡虚拟物体的效果。
AR立体拼插纸质模型系统的实现方法：通过固定的拼插方式组装立体纸质模型，利用三维软件制作两个模型，一个是与真实纸质模型插板相同形状比例的虚拟立体模型，另一个是为实现可被真实纸质模型插板遮挡的虚拟物体。通过渲染处理模块进行虚拟纸质模型与真实纸质模型的形状、大小、比例、坐标等对位，并在渲染处理模块计算虚拟立体纸模模型与真实立体纸模深度距离与角度空间关系，设置为不可渲染的模式，而另一被遮挡的虚拟体设置为可渲染的模式。将制作两个模型储存在储存器内，通过渲染处理模块调用摄像头，识别模块识别立体纸模的模型底板的标记点，使虚拟立体模型在物理设备的显示器上完全覆盖真实纸质模型插板。由于虚拟立体模型是根据真实纸质模型插板的形状比例制作的，并且设置为不可渲染的模式，所以虚拟立体模型可以完全遮挡住真实纸质模型插板，并在物理设备显示件上显示的是真实纸质模型插板，虚拟立体模型与真实纸质模型插板完全重叠后，虚拟物体就会在显示件中显示被真实纸质模型插板遮挡住的效果。
本发明的有益效果：可以通过一种简单的方法完成在显示件上观看真实模型遮挡虚拟物体的效果，还可以看到虚拟物体在真实纸质模型之间穿梭的景象，从而使画面更加丰富，进一步提升儿童对早教玩具的兴趣。同时通过底板与素材的拼插锻炼儿童的动手能力。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
附图说明
图1为拼插好纸质模型的示意图；
图2为显示器显示出的真实场景遮挡虚拟恐龙的示意图；
图中：1、背景底板，2、丛林景观插板。
具体实施方式
AR立体拼插纸质模型系统，其包括场景的纸质模型与物理设备，其中场景的纸质模型是由一个珍珠板材质制作的背景底板1和若干个白卡纸材质制作的丛林景观插板2拼插而成；所述物理设备包括：摄像头、识别模块、渲染处理模块、显示件与存储器；所述背景底板上设置若干插孔，每个丛林景观插板对应的插孔固定不变；背景底板上设置若干标记点。
AR立体拼插纸质模型系统的实现方法：利用三维软件（渲染处理模块）制作两个模型，一个是与丛林景观插板形状和大小相同的虚拟丛林景观，另一个是虚拟恐龙。渲染处理模块进行虚拟丛林景观与真实丛林景观插板的形状、大小、比例、坐标等对位，并通过渲染处理模块设置虚拟丛林景观不可渲染，而另一被遮挡的虚拟恐龙设置为可渲染，在渲染处理模块中将设置可渲染的虚拟恐龙摆放在虚拟丛林景观的后面，之后将模型储存于储存器内。
在儿童使用AR立体拼插纸质模型系统时，首先可将珍珠板材质制作的背景底板与若干个白卡纸材质制作的丛林景观插板，按照编号一一对应，将若干个丛林景观插板拼插在背景底板上对应的位置上，形成立体的丛林的拼图场景。之后打开手机或平板电脑，选择对应册数的恐龙卡，将摄像头对准拼插而成的立体的丛林的拼图场景。
摄像头用于捕获纸质模型的图像信息，识别模块用于识别背景底板上的标记点，渲染处理模块根据识别模块识别出的标记点，调用存储器内的模型，由于虚拟的树木等景物模型是根据真实插板的形状比例制作的，并且设置了不可渲染，使虚拟丛林景观完全覆盖真实丛林景观插板，虚拟丛林景观与真实丛林景观插板完全重叠后，就会造成在物理设备显示件上显示的是真实丛林景观插板的错觉，虚拟恐龙就会在显示件中显示被真实丛林景观插板遮挡住的效果，并且虚拟恐龙可以在真实丛林景观插板中来回穿梭。

Claims (8)

1.实现真实模型遮盖虚拟物体的系统，其特征在于：包括真实模型与物理设备，其中真实模型是由一个模型底板和若干个真实模型组件组合而成；所述模型底板上设置若干位置点，每个真实模型组件对应的模型底板上的位置点固定不变；所述模型底板上设置标记点；所述物理设备包括：摄像头、识别模块、渲染处理模块、显示件与存储器；
具体步骤如下：
步骤1：获得真实模型，在真实模型上设置标记点；
步骤2：用渲染处理模块制作两个虚拟模型，一个是与真实模型形状和大小相同的虚拟立体模型，另一个是虚拟物体；
步骤3：用渲染处理模块进行虚拟立体模型与真实模型的形状、大小、比例和坐标的对位，并对虚拟立体模型进行深度距离、角度与真实空间匹配的计算；
步骤4：用渲染处理模块设置虚拟立体模型为不可渲染模式，而虚拟物体设置为可渲染模式；
步骤5：在渲染处理模块中将虚拟物体摆放在虚拟立体模型的后面；使虚拟立体模型在物理设备的显示器上完全覆盖真实模型；
步骤6：用存储器储存制作好的虚拟立体模型和虚拟物体；
步骤7：用摄像头捕获真实模型的图像信息与真实模型上的标记点；用识别模块识别真实模型上的标记点；
步骤8：用渲染处理模块根据识别出的标记点，调用存储器中储存的虚拟模型；显示件显示出真实模型遮挡虚拟物体的效果。
2.根据权利要求1所述实现真实模型遮盖虚拟物体的系统，其特征在于：所述真实模型是由一个模型底板和若干个真实纸质模型插板拼插而成的纸质模型，所述模型底板上设置若干插孔，每个真实纸质模型插板对应的插孔固定不变。
3.根据权利要求2所述实现真实模型遮盖虚拟物体的系统，其特征在于：所述模型底板是珍珠板材质制作的纸模底板，若干个真实纸质模型插板是白卡纸材质制作的纸质拼插件。
4.根据权利要求2所述实现真实模型遮盖虚拟物体的系统，其特征在于：所述若干插孔周围标有编号，若干纸质模型插板上标有编号，两者编号一一对应。
5.根据权利要求4所述实现真实模型遮盖虚拟物体的系统，其特征在于：所述编号由数字及字母组成。
6.根据权利要求1所述实现真实模型遮盖虚拟物体的系统，其特征在于：所述真实模型是由一个模型底板和若干个真实立体模型摆件组合而成的模型，所述模型底板上设置若干摆放点，每个真实立体模型摆件对应的摆放点固定不变。
7.根据权利要求6所述实现真实模型遮盖虚拟物体的系统，其特征在于：所述真实立体模型摆件是对应摆放点摆放在模型底板上的塑料摆件或木头摆件。
8.根据权利要求1所述实现真实模型遮盖虚拟物体的系统，其特征在于：所述显示件为手机或平板电脑。
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