CN107958491A - 移动增强现实虚拟坐标与施工现场坐标匹配方法 - Google Patents

移动增强现实虚拟坐标与施工现场坐标匹配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种移动增强现实虚拟坐标与施工现场坐标匹配方法，一、建立基于Arkit接口开发的应用系统；二、通过将带有桩点现场坐标信息的二维码贴在施工现场两个桩点上；三、将移动终端设备置于作为坐标原点的第一个桩点正上方扫描其上的二维码，获得该桩点现场坐标系的现场坐标，并同步获取移动终端设备此时在虚拟坐标系中的虚拟坐标；通过对比该现场坐标与该虚拟坐标，修正虚拟坐标系的坐标原点位置；四、通过扫描第二个桩点上的二维码，获取第二个桩点的现场坐标系的现场坐标和此时移动终端设备在虚拟坐标系中的虚拟坐标，从而最终完成虚拟坐标与现场坐标的匹配。本发明优点在于实现在各方面辅助现场施工作业，加快施工进度，节省投资。

Description

移动增强现实虚拟坐标与施工现场坐标匹配方法
技术领域
本发明涉及移动增强现实技术在工程中的应用，尤其是涉及移动增强现实虚拟坐标与施工现场坐标匹配方法。
背景技术
增强现实 (英文：Augmented Reality ，简称AR) ，是一种在现实场景中叠加虚拟文字、图像、三维模型的可视化技术。随着智能手机、Ipad（笔记本电脑、平板电脑）等移动终端设备性能的提升，以及相关空间感知技术的完善，增强现实技术逐步从PC端走向移动端，从叠加简单图片、文字的二维增强现实走向感知现实三维空间，并能够在现实空间上准确放置三维虚拟模型的三维增强现实。目前移动增强现实技术只应用在游戏和一些公共辅助服务上，且多是二维增强现实，尚无在施工现场施工方面的移动三维增强现实应用。人们试图将移动增强现实技术应用于施工现场施工放样，但存在的问题是：工程施工现场往往采用基于固定桩点的现场坐标系，该坐标系以固定桩点为坐标原点，以东西方向为X轴，以南北方向为Y轴，以竖直方向为Z轴。如何将移动增强现实虚拟坐标（简称虚拟坐标）与施工现场实际采用的坐标（简称现场坐标）进行匹配，是本领域技术人员研究的课题。
发明内容
本发明目的在于提供一种移动增强现实虚拟坐标与施工现场坐标匹配方法，将基于SceneKit等三维引擎和ARKit等增强现实接口开发的移动增强现实系统虚拟坐标，与工程施工现场所采用的实际现场坐标进行匹配。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述移动增强现实虚拟坐标与施工现场坐标匹配方法，按照下述步骤进行：
第一步、建立基于Arkit接口开发的应用系统，即：当移动终端设备在应用启动时自动建立一个虚拟坐标系，所述虚拟坐标系以应用开启时所述移动终端设备的相机所在位置为原点，以移动终端设备左右方向为X轴、以竖直方向为Y轴、以前后方向为Z轴；
第二步、通过将带有桩点现场坐标信息的二维码贴在施工现场两个桩点上；
第三步、将移动终端设备置于作为坐标原点的第一个所述桩点正上方扫描其上的二维码，获得该桩点现场坐标系的现场坐标，并同步获取移动终端设备此时在虚拟坐标系中的虚拟坐标；通过对比该现场坐标与该虚拟坐标，修正虚拟坐标系的坐标原点位置；
第四步、在方向修正方面，通过扫描第二个所述桩点上的二维码，获取第二个桩点的所述现场坐标系的现场坐标，和此时移动终端设备在虚拟坐标系中的虚拟坐标，然后通过几何计算获得该虚拟坐标X轴指向东西向需要旋转的角度，并对该虚拟坐标X轴进行相应角度的旋转，并将虚拟坐标Z轴反转180度，从而最终完成虚拟坐标与现场坐标的匹配。
本发明优点在于解决了利用移动增强现实技术进行施工现场施工放样的核心难题，通过将现场坐标与虚拟坐标的匹配，使得移动增强现实系统通过移动终端设备如手机、平板电脑、笔记本电脑等成为一个高精度的移动GPS，无需连网即可获得精度媲美专业测绘仪器的测绘能力，由此可随时随地进行坐标、高程查询与距离量测，并可将工程虚拟模型精确放置到现实世界中，从而实现在各方面辅助现场施工作业，加快施工进度，节省投资。
附图说明
图1是本发明所述虚拟坐标系与现场坐标系转换与匹配的流程图。
图2是本发明所述虚拟坐标系与现场坐标系转换与匹配的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本发明所述的移动增强现实虚拟坐标与施工现场坐标匹配方法，通过将工程三维设计模型导入到Scenekit等三维引擎中后，采用Arkit等移动增强现实接口开发工程移动增强现实应用系统，如图2所示，即：当移动终端设备在应用启动时自动建立一个虚拟坐标系，所述虚拟坐标系以应用开启时所述移动终端设备的相机所在位置为原点，以移动终端设备左右方向为X轴、以竖直方向为Y轴、以前后方向为Z轴；其中向右、向上、向后为正，在移动终端设备后续的移动过程中，如果不作修改，则该虚拟坐标系将会保持不变，包括原点和各轴方向，直至应用结束。
基于Arkit等移动增强现实接口功能，应用系统基于移动终端设备运动传感器和相机图像进行现实世界物体的空间坐标识别，并能检测到真实世界平面，如地面、桌面等，由此可将虚拟模型放置在现实世界中，通过移动终端设备作为视觉窗口自由观看与操控。
如图2所示，在工程施工现场1，工程放样往往采用基于固定桩点的现场坐标系，即以固定桩点为坐标原点，以东西方向为X轴，向东为正，以南北方向为Y轴，向北为正，以竖直方向为Z轴，向上为正。
如图1、2所示，要想将虚拟工程模型精确放置在现实世界中，必须实现虚拟坐标与现场坐标的转换与匹配；本发明的解决方案包括以下步骤：
步骤1：通过在应用中加入二维码扫描功能（成熟技术），事先将由桩点信息(包括桩点类型，作为原点的桩点或普通桩点，桩点的现场坐标)生成的二维码粘贴在选择的两个桩点上，其中第一个桩点为现场坐标原点，第二个桩点用于方向矫正。
步骤2：通过移动终端设备近距离正上方扫描作为现场坐标原点的第一个桩点上粘贴的二维码，进行现场坐标原点的识别，得到该桩点在现场坐标系中的现场坐标（如），并同步记录移动终端设备此时在虚拟坐标系的位置，即虚拟坐标（由ARKIT接口功能提供，如）。
步骤3：接着将移动终端设备移动至第二个桩点处，通过扫描第二个桩点的二维码，得到该桩点的现场坐标（如），并同步记录移动终端设备此时在虚拟坐标系的位置，即虚拟坐标（如）。
步骤4：计算虚拟坐标系与现场坐标系的原点偏移量、方向偏移角度，原理见图2，其算法为：原点偏移量，两个桩点连接线段与正北向的夹角，该夹角同时也是与基于固定桩点的现场坐标系Y轴的夹角，采用两个桩点现场坐标计算：；两个桩点连接线段与虚拟坐标系Z轴的夹角，采用两个桩点虚拟坐标计算：，则虚拟坐标X轴旋转至东西向（现场坐标X轴方向）需要旋转的角度为：θ=＆R+＆V–π/2 ；公式：＆R=ATAN()为反正切函数，π为圆周率。
步骤5：对虚拟坐标系进行转换，使其匹配现场坐标系；首先进行原点偏移，偏移量(-＆x,-＆y,-＆z)，接着以Y轴(竖直向)为轴心旋转X轴，旋转量为θ，最后反转Z轴，使其与现场坐标系的Y轴匹配。

Claims (1)

1.一种移动增强现实虚拟坐标与施工现场坐标匹配方法，其特征在于：按照下述步骤进行：
第一步、建立基于Arkit接口开发的应用系统，即：当移动终端设备在应用启动时自动建立一个虚拟坐标系，所述虚拟坐标系以应用开启时所述移动终端设备的相机所在位置为原点，以移动终端设备左右方向为X轴、以竖直方向为Y轴、以前后方向为Z轴；
第二步、通过将带有桩点现场坐标信息的二维码贴在施工现场两个桩点上；
第三步、将移动终端设备置于作为坐标原点的第一个所述桩点正上方近距扫描其上的二维码，获得该桩点现场坐标系的现场坐标，并同步获取移动终端设备此时在虚拟坐标系中的虚拟坐标；通过对比该现场坐标与该虚拟坐标，修正虚拟坐标系的坐标原点位置；
第四步、在方向修正方面，通过扫描第二个所述桩点上的二维码，获取第二个桩点的所述现场坐标系的现场坐标，和此时移动终端设备在虚拟坐标系中的虚拟坐标，然后通过几何计算获得该虚拟坐标X轴指向东西向需要旋转的角度，并对该虚拟坐标X轴进行相应角度的旋转，将虚拟坐标Z轴反转180度，从而最终完成虚拟坐标与现场坐标的匹配。
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