CN106445169A - 一种基于动态触发源的增强现实交互系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种基于动态触发源的增强现实交互系统，包括：触发区域、投影机、第一移动终端和多个的第二移动终端；所述触发区域水平设置在地面上，所述投影机架设在触发区域的上方且投影机的投影镜头朝向触发区域，投影区域位于触发区域内；所述第一移动终端和多个的第二移动终端环绕所述触发区域呈环状分布；所述第一移动终端与投影机连接；多个的第二移动终端分别与所述第一移动终端连接。将第一移动终端和多个的第二移动终端环绕触发区域呈环状分布，再结合方位信息来获取不同方位对应的互动信息，使得每一个移动终端更加具有方位感，从而给虚拟物赋予了更多的现实属性，使得虚拟更加逼真，互动性更强。

Description

一种基于动态触发源的增强现实交互系统

技术领域

本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种基于动态触发源的增强现实交互系统。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，简称AR)是国外众多知名大学和研究机构的研究热点之一。AR技术不仅在与VR技术(虚拟现实)相类似的应用领域，诸如尖端武器、飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐与艺术等领域具有广泛的应用，而且由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性，在医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域，具有比VR技术更加明显的优势。

申请号为201510785428.6的中国专利文件公开了一种基于增强现实技术实现互动的方法、系统和终端，其中所述方法为：服务器接收第一终端上传的第一图像和互动信息，保存第一图像中的第一图像信息和互动信息；第二终端获取第二图像，并实时提取第二图像信息，将第二图像信息发送至服务器；服务器查找与第二图像信息相匹配的第一图像信息和互动信息，以及将互动信息返回至第二终端；第二终端接通过增强现实将互动信息与第二图像叠加以获得增强现实信息；以及，第二终端显示增强现实信息。然而上述的方法在更换不同互动信息时需要更换对应的图像，操作较为复杂，并且互动内容单一，用户体验不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于动态触发源的增强现实交互系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于动态触发源的增强现实交互系统，包括：触发区域、投影机、第一移动终端和多个的第二移动终端；

所述触发区域水平设置在地面上，所述投影机架设在触发区域的上方且投影机的投影镜头朝向触发区域，投影区域位于触发区域内；

所述第一移动终端和多个的第二移动终端环绕所述触发区域呈环状分布；所述第一移动终端与投影机连接；多个的第二移动终端分别与所述第一移动终端连接。

本发明的有益效果在于：本发明提供的基于动态触发源的增强现实交互系统，在触发区域的上方架设投影机，通过投影机可任意更换投影在触发区域内的投影图像，投影图像切换较为便捷，实现动态触发源，还减少物料使用以及人工搬运与更换。将第一移动终端和多个第二移动终端环绕触发区域呈环状分布，再结合方位信息来获取不同方位对应的互动信息，使得每一个移动终端更加具有方位感，从而给虚拟物赋予了更多的现实属性，使得虚拟更加逼真，互动性更强。

附图说明

图1为本发明的一种基于动态触发源的增强现实交互系统的结构示意图；

图2为本发明的一种基于动态触发源的增强现实交互系统的示意图；

标号说明：

1、触发区域；2、投影机；3、第一移动终端；4、第二移动终端；5、显示屏。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：通过投影机可任意更换投影在触发区域内的投影图像，投影图像切换较为便捷，实现动态触发源，还减少物料使用以及人工搬运与更换。

请参照图1-2，本发明提供的一种基于动态触发源的增强现实交互系统，包括：触发区域1、投影机2、第一移动终端3和多个的第二移动终端4；

所述触发区域1水平设置在地面上，所述投影机2架设在触发区域1的上方且投影机2的投影镜头朝向触发区域1，投影区域位于触发区域1内；

所述第一移动终端3和多个的第二移动终端4环绕所述触发区域1呈环状分布；所述第一移动终端3与投影机2连接；多个的第二移动终端4分别与所述第一移动终端3连接。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的基于动态触发源的增强现实交互系统，在触发区域的上方架设投影机，通过投影机可任意更换投影在触发区域内的投影图像，投影图像切换较为便捷，实现动态触发源，还减少物料使用以及人工搬运与更换。将第一移动终端和多个第二移动终端环绕触发区域呈环状分布，再结合方位信息来获取不同方位对应的互动信息，使得每一个移动终端更加具有方位感，从而给虚拟物赋予了更多的现实属性，使得虚拟更加逼真，互动性更强。

上述的基于动态触发源的增强现实交互系统的工作原理为：

第一移动终端为老师端，第二移动终端为学生端，老师端通过第一移动终端直接控制与之连接的投影机驱动并投影，投影出来的图像位于触发区域内显示，老师使用第一移动终端对触发区域内的图像进行获取，通过该图像与预设的触发图像进行匹配，匹配成功，说明获取到的图像确定为触发图像，此时第一移动终端同步发送控制指令给多个第二移动终端，学生端也能够通过各自的移动终端获取触发图像，进而进入互动信息，实现增强现实呈现。由于学生端是环绕触发图像分布，结合方位信息来获取不同方位对应的互动信息，使得每一个学生端更加具有方位感，从而给虚拟物赋予了更多的现实属性，使得虚拟更加逼真，互动性更强。

进一步的，所述触发区域为圆形，所述第一移动终端和多个的第二移动终端环绕所述触发区域呈圆环状分布。

由上述描述可知，通过上述结构，便于对多个移动终端的触发图像识别的灵敏度调节，由于每个移动终端与触发区域的距离相等或相近，当调节好一个移动终端后，可以此移动终端的安装做参照调节其他的移动终端，因此调节操作较为便捷。

进一步的，如图2，还包括显示屏5，所述显示屏5与第一移动终端3有线连接。

由上述描述可知，该显示屏可使用大屏幕的显示屏，显示屏的内容可与第一移动终端同步显示，便于观看以及教学方面的应用。

进一步的，所述第一移动终端与投影机有线连接；多个的第二移动终端分别与所述第一移动终端无线连接。

由上述描述可知，投影机可安装在天花板上，由于通常投影机是固定安装的，所以第一移动终端采用有线与投影机连接有利于数据传输的稳定性以及提升数据传输效率。本方案主要在教学上应用，第一移动终端由老师使用，第二移动终端由学生使用，在教学过程中，难免学生会走动或者移动设备位置，采用无线连接方式便于在教学过程中设备使用，避免连接线过多、繁杂，并且避免连接线脱落影响电气性能。

进一步的，还包括控制器，所述第一移动终端通过控制器与第二移动终端连接。

由上述描述可知，增设控制器，通过控制器可以实现多个第二移动终端的同步，第一移动终端发送驱动指令给控制器，由控制器同步分发给多个第二移动终端，将分发步骤交由控制器来完成，可减轻第一移动终端的数据处理压力。

进一步的，所述第一移动终端上用于获取触发区域内的投影的摄像头与触发区域的连接所形成连线与水平线夹角不小于10°。

由上述描述可知，此结构可确保移动终端能够有效获取投影图像，第一移动终端和第二移动终端的安装方式是相同的。上述方式具体为摄像头与触发区域中远离摄像头的位置的连线与水平线所成的夹角不小于10°。

请参照图1-2，本发明的实施例一为：

本发明提供的一种基于动态触发源的增强现实交互系统，该交互系统主要应用在教学领域，在教室地面上水平设置触发区域，在触发区域的上方架设投影机且该投影机的投影镜头朝向触发区域，确保投影区域位于触发区域内；

老师的讲台与学生的课桌一起沿环绕触发区域呈环形排布，老师的讲台上安装第一移动终端，学生的课桌上安装第二移动终端，也就是第一移动终端和多个的第二移动终端环绕所述触发区域呈环状分布；

第一移动终端与投影机有线连接；通常投影机是固定安装在天花板上，所以第一移动终端采用有线与投影机连接有利于数据传输的稳定性以及提升数据传输效率。多个的第二移动终端分别与所述第一移动终端无线连接。第二移动终端由学生使用，在教学过程中，难免学生会走动或者移动设备位置，采用无线连接方式便于在教学过程中设备使用，避免连接线过多、繁杂，并且避免连接线脱落影响电气性能。

投影机投影出来的触发图像特征程度建议达到5颗星(即通过高通Vuforia来判定)，触发图像尺寸根据教室实际空间确定，一般在直径2m－10m之间，因此触发区域略大于触发图像即可，触发图像以圆形为最佳，但采用其它形式也可以。因为采用投影机进行投射，因此通过投影机可任意更换投影在触发区域内的投影图像，投影图像切换较为便捷，实现动态触发源，还减少物料使用以及人工搬运与更换。

每个触发图像与一个互动信息相关联，在多个互动信息之间切换时直接通过投影机即可进行触发图像切换，可实现快速切换，操作简单。

上述的第一移动终端和第二移动终端可使用ipad，ipad的摄像头朝向触发区域，老师的讲台高度与学生的课桌的高度可能都不相同，桌面放置平板电脑或显示器(显示器+摄像头+主机)，也可以是AR眼镜，需确保触发图像全部在摄像头的捕捉范围内，且触发图像的远端至摄像头连线与地面夹角建议不小于10°。

本发明提供的基于动态触发源的增强现实交互系统的工作原理为：

第一移动终端为老师端，第二移动终端为学生端，老师端通过第一移动终端直接控制与之连接的投影机驱动并投影，投影出来的图像位于触发区域内显示，老师使用第一移动终端对触发区域内的图像进行获取，通过该图像与预设的触发图像进行匹配，匹配成功，说明获取到的图像确定为触发图像，此时第一移动终端同步发送控制指令给多个第二移动终端，学生端也能够通过各自的移动终端获取触发图像，进而进入互动信息，实现增强现实呈现。由于学生端是环绕触发图像分布，结合方位信息来获取不同方位对应的互动信息，使得每一个学生端更加具有方位感，从而给虚拟物赋予了更多的现实属性，使得虚拟更加逼真，互动性更强。

其中该图像与预设的触发图像进行匹配的方法为：

上述该图像为第二图像，预设的触发图像为第一图像；

(1)获取预设数量的第二图像的特征点的灰度值；

(2)判断第一图像的特征点中是否存在与所述第二图像的特征点的灰度值相同的图像特征点，若存在，则记录相同图像特征点的数量；

(3)根据记录的相同图像特征点的数量除以第二图像的特征点的预设数量，计算得到所述第二图像的特征点与所述第一图像的特征点的相似度；

(4)若所述相似度大于预设的相似度阈值，则判定所述第二图像的特征点与所述第一图像的特征点相匹配。

通过上述方法来判断两个图像信息是否匹配，具体为根据计算得到的两个图像信息的相似度，以及两个图像信息的相似度是否大于预设的相似度阈值的判断，当相似度大于预设的相似度阈值(通常预设的相似度阈值为99％)，则可以认定所述第二图像信息与所述第一图像信息是相匹配，还可以使用其他的计算方法来计算两个图像信息的相似度。

本发明提供的基于动态触发源的增强现实交互系统的交互方法为：

步骤1、在第一移动终端和第二移动终端上均设有映射表，其中映射表存储有第一图像的第一图像信息和与所述第一图像信息对应的第一互动信息组；所述第一互动信息组包括第一方位信息和与所述第一方位信息对应的第一互动信息；所述第一图像信息包括第一图像的特征点和方位信息。所述第一图像信息还包括第一图像中三维物体的轮廓特征点和第一图像中环境的特征点中的一种或几种；所述第一互动信息包括文字信息、视频信息、图片信息、音频信息、动画特效中的一种或几种；

步骤2、第一移动终端同步发送控制指令给多个第二移动终端，同时获取第二图像，第二移动终端查询映射表，判断映射表中是否存在与第二图像的特征点相匹配的第一图像，若是，获取与第一图像对应的互动信息组，此时从互动信息组中提取与第二图像信息中的第二方位信息的方位相同的第三方位信息对应的第二互动信息；

步骤3、通过增强现实将与第二方位信息的方位相同的第三方位信息对应的第二互动信息与所述第二图像叠加以得到增强现实信息。

第一互动信息组即为某一类型的课程，可以为动物、交通工具、建筑、人物等；由于结合了方位信息，由此在获取时会获取与上述第一互动信息组中的第一方位信息对应的第一互动信息；由于每个学生端的方位都不相同，虽然都是看到长颈鹿，但是有的人看到的是长颈鹿的正面，有的人看到的是长颈鹿的背面，有的人看到的是长颈鹿的侧面，这与学生在现实中的方位相一致，从而使得每一个学生端更加具有方位感，从而给虚拟物赋予了更多的现实属性，使得虚拟更加逼真，互动性更强。

例如，在第二图像的正北方向获取到的第二图像，此时会根据正北方向获取相同方位的互动信息(即从互动信息组中提取与第二图像信息中的第二方位信息的方位相同的第三方位信息对应的第二互动信息)，通过第二移动终端上的增强现实技术将与第二方位信息的方位相同的第三方位信息对应的第二互动信息与所述第二图像叠加以得到增强现实信息。例如，在该同学的第二移动终端上可以看到动物长颈鹿的正面，而从正南方向获取的第二图像的同学则在其第二移动终端上看到的是动物长颈鹿的背面，在教学过程中，老师可以直接提问坐在长劲鹿背面位置上的同学，增加老师与学生之间的交互。结合方位信息，根据接收到的图像信息中的方位信息获取方位相同的互动信息，使得增强现实后可根据方位展现，不同方位获取到的图像信息，互动信息在展示时的方位也是不同的，提高用户体验以及应用在教学领域时起到促进教学互动的作用。通过上述的方法产生了以虚拟影像为参照的前后左右“方位感”，从而给虚拟物(场景)赋予了更多的现实属性，使得虚拟更加逼真，互动性更强，例如讲述“盲人摸象”的故事，老师就可以通过这种具有现实方位感的虚拟影像指定特定方位的学生回答相关问题。

综上所述，本发明提供的一种基于动态触发源的增强现实交互系统，在触发区域的上方架设投影机，通过投影机可任意更换投影在触发区域内的投影图像，投影图像切换较为便捷，实现动态触发源，还减少物料使用以及人工搬运与更换。将第一移动终端和多个第二移动终端环绕触发区域呈环状分布，再结合方位信息来获取不同方位对应的互动信息，使得每一个移动终端更加具有方位感，从而给虚拟物赋予了更多的现实属性，使得虚拟更加逼真，互动性更强。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于动态触发源的增强现实交互系统，其特征在于，包括：触发区域、投影机、第一移动终端和多个的第二移动终端；

所述触发区域水平设置在地面上，所述投影机架设在触发区域的上方且投影机的投影镜头朝向触发区域，投影区域位于触发区域内；

所述第一移动终端和多个的第二移动终端环绕所述触发区域呈环状分布；所述第一移动终端与投影机连接；多个的第二移动终端分别与所述第一移动终端连接。

2.根据权利要求1所述的基于动态触发源的增强现实交互系统，其特征在于，所述触发区域为圆形，所述第一移动终端和多个的第二移动终端环绕所述触发区域呈圆环状分布。

3.根据权利要求1所述的基于动态触发源的增强现实交互系统，其特征在于，还包括显示屏，所述显示屏与第一移动终端有线连接。

4.根据权利要求1所述的基于动态触发源的增强现实交互系统，其特征在于，所述第一移动终端与投影机有线连接；多个的第二移动终端分别与所述第一移动终端无线连接。

5.根据权利要求1所述的基于动态触发源的增强现实交互系统，其特征在于，还包括控制器，所述第一移动终端通过控制器与第二移动终端连接。

6.根据权利要求1所述的基于动态触发源的增强现实交互系统，其特征在于，所述第一移动终端上用于获取触发区域内的投影的摄像头与触发区域的连接所形成连线与水平线夹角不小于10°。