CN109696961A - 基于vr技术的文物虚拟拆装导赏实现系统及方法、介质 - Google Patents

基于vr技术的文物虚拟拆装导赏实现系统及方法、介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，包括：在服务器设备中构建VR虚拟仿真系统；获取用户通过虚拟现实设备在VR虚拟仿真系统里的交互信息要求；根据用户的交互信息要求，在VR虚拟仿真系统的虚拟环境里通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的拆分或组装；本发明还公开了基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现系统和存储介质。本发明通过虚拟现实设备实时实现对文物的虚拟拆装，可提高用户对文物的观赏体验，同时，还可满足人们古建筑结构教学或博物馆展品进行拆装的导学任务需求。

Description

基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现系统及方法、介质
技术领域
本发明涉及VR技术领域，具体涉及一种基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现系统及方法、介质。
背景技术
现今博物馆的历史文物主要是采取的放在展柜进行展览的模式，人们无法对历史文物进行拆装，不利于人们了解学习历史文物的组成和结构，历史文物的结构教学有些导学任务需要对文物进行拆装，但现有技术无法办到，由于无法进行拆装，人们总是与历史文物存在很大的距离感，观赏体验也很差。
目前人们提出的方案，一种是对博物馆文物进行三维成像，给用户展现虚拟场景；一种是将博物馆文物信息进行数字化展示，将文物等形成图文知识展现给用户；这些方案要么专注于用户的体验效果，以渲染场景气氛为主旋律，偏离文物主体；要么罗列文物知识，毫无互动感，无法引起人们共鸣。
发明内容
鉴于以上技术问题，本发明的目的在于提供一种基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现系统及方法、介质，解决现有技术中在学习历史文物中无法对历史文物进行拆装产生的距离感从而导致观赏体验差的问题。
本发明采用以下技术方案：
基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，包括以下步骤：
在服务器设备中构建VR虚拟仿真系统；
获取用户通过虚拟现实设备在VR虚拟仿真系统里的交互信息要求；
根据用户的交互信息要求，在VR虚拟仿真系统的虚拟环境里通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的拆分或组装。
进一步的，所述在服务器设备中构建VR虚拟仿真系统的方法具体包括：
通过人的视觉、触觉、力觉以及运动感官体验，并依靠计算机仿真系统技术，构建目标虚拟系统；并通过与虚拟现实设备连接，以用户在虚拟环境里进行交互仿真和信息交流，在服务器设备中构建VR虚拟仿真系统。
进一步的，获取用户通过虚拟现实设备在VR虚拟仿真系统里的交互信息要求的步骤具体包括：
摄像头采集用户的手势动作视频数据，并将视频数据传输至VR虚拟仿真系统；
对所述视频数据进行预处理，再将处理过的数据进行手势判断，以获取用户交互信息要求。
进一步的，将处理过的数据进行手势判断，以获取用户交互信息要求的步骤具体包括：
采用深度递归神经网络进行手势识别，使用预先标定好的手势视频集当作训练数据进行网络参数训练，然后将训练好的网络模型和参数保存；使用训练好的模型和参数进行用户交互信息要求的预测，识别出当前手势类型对应的用户交互信息要求。
进一步的，根据用户的交互信息要求，通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的拆分或组装的步骤具体包括：
通过文物的三维模型的数据库获取文物的三维模型；
根据用户的交互信息要求在三维模型中得到对文物拆分或组装后的三维图，并通过虚拟现实设备实时显示文物拆分或组装后的三维图。
进一步的，根据用户的交互信息要求在三维模型中得到对文物拆分或组装后的三维图，并通过虚拟现实设备实时显示文物拆分或组装后的三维图步骤具体包括：
当用户的交互信息要求为拆分文物时，基于用户的交互信息要求，对三维模型进行多区域划分，所述的多区域划分包括对三维模型各个区域进行移动或者隐藏，保存并通过虚拟现实设备实时显示多区域划分后的三维图；
当用户的交互信息要求为组装文物时，基于用户的交互信息要求，对多区域划分后的三维图进行多区域组合，所述的多区域组合包括对三维模型各个区域进行移动或者显示；保存并通过虚拟现实设备实时显示多区域组合后的三维图。
进一步的，所述文物的三维模型的数据库通过以下方法得到：对文物进行全角度的图像采集，根据采集的图像建立文物的三维模型；对文物进行全角度的图像采集方法具体包括：通过多角度的相机阵列获取文物全角度的图像，基于图片合成算法，合成被扫描物体的三维点云数据，根据三维点元数据建立文物的三维模型。
进一步的，还包括以下步骤:
根据用户的交互信息要求，在VR虚拟仿真系统的虚拟环境里通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的放大、缩小、旋转。
基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现系统，包括：
VR虚拟仿真系统，所述VR虚拟仿真系统与虚拟现实设备连接，以获取用户的交互信息要求并在虚拟现实设备的虚拟环境里实时显示对文物虚拟数字化的拆分或组装后的三维图；
虚拟现实设备，用于实现用户在VR虚拟仿真系统的交互仿真和信息交流，得到用户的交互信息要求，并在虚拟环境里实时显示对文物虚拟数字化的拆分或组装后的三维图；
文物的三维模型的数据库，用于得到文物的三维模型，所述三维模型用于根据用户的交互信息要求对文物进行虚拟数字化的拆分或组装，得到对文物进行拆分或组装后的三维图，并将得到的三维图传送给虚拟仿真系统，以虚拟现实设备实时显示文物拆分或组装后的三维图。
一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，实现上述的基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过虚拟现实设备实时实现对文物的虚拟拆装，可提高用户对文物的观赏体验，同时，还可满足人们需要在古建筑结构教学需求或博物馆中对历史文物进行拆装的导学任务需求。
附图说明
图1为本发明基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现系统的结构示意图；
图2为本发明基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法的流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例：
实施例：
请参考图1所示，本发明的基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现系统，包括：VR虚拟仿真系统，所述VR虚拟仿真系统与虚拟现实设备连接，以获取用户的交互信息要求并在虚拟现实设备的虚拟环境里实时显示对文物虚拟数字化的拆分或组装后的三维图；
虚拟现实(VR-virtual reality)技术，也称虚拟实境或灵境，是一种通过人的视觉、听觉、味觉、触觉、知觉、力觉、运动等感官体验，并依靠计算机仿真系统技术，来构建目标虚拟系统，用户可以通过使用各种交互设备(如数据头盔，数据眼镜，数据手套以及坐仓环境等)，在虚拟环境中自由漫游，产生身临其境的感觉，如临真实现场进行交互仿真和信息交流。虚拟现实技术是一门日益成熟的跨学科新技术，应用领域广泛，效果显著。
目标虚拟系统主要特征是：大家可以在任何地方能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与虚拟环境进行全方位的观看互动。借助人的知觉来感知和营造临场感，以720°的视角来获取空间信息的沉浸感、临场感。虚拟现实是人们可以通过视觉、触觉、力觉以及运动感官等信息通道感受到设计者思想的高级用户界面。
虚拟现实设备，用于实现用户在VR虚拟仿真系统的交互仿真和信息交流，得到用户的交互信息要求，在虚拟环境里实时显示对文物虚拟数字化的拆分或组装后的三维图；
文物的三维模型的数据库，用于得到文物的三维模型，所述三维模型用于根据用户的交互信息要求对文物进行虚拟数字化的拆分或组装，得到对文物进行拆分或组装后的三维图，并将得到的三维图传送给虚拟仿真系统，以虚拟现实设备实时显示文物拆分或组装后的三维图。
请参考图2所示，基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，包括以下步骤：
步骤S100:在服务器设备中构建VR虚拟仿真系统；
具体的，所述在服务器设备中构建VR虚拟仿真系统的方法包括：
通过人的视觉、触觉、力觉以及运动感官体验，并依靠计算机仿真系统技术，构建目标虚拟系统；并通过与虚拟现实设备连接，以用户在虚拟环境里进行交互仿真和信息交流，在服务器设备中构建VR虚拟仿真系统。
本发明实施例中，所述构建VR虚拟仿真系统还包括以下实现步骤：搭建VR虚拟空间，基于该VR虚拟空间获取空间坐标，根据所述空间坐标分配图形初始位置，根据所述初始位置在该空间的大小范围内增置预先绘制的三维图形，以形成所述VR虚拟仿真系统。
步骤S200:获取用户通过虚拟现实设备在VR虚拟仿真系统里的交互信息要求；
获取用户通过虚拟现实设备在VR虚拟仿真系统里的交互信息要求的步骤具体包括：
步骤S2001:获取摄像头采集用户的手势动作视频数据，并将视频数据传输至VR虚拟仿真系统；
步骤S2002:对所述视频数据进行预处理，再将处理过的数据进行手势判断，以获取用户交互信息要求。
步骤S2003:采用深度递归神经网络进行手势识别，使用预先标定好的手势视频集当作训练数据进行网络参数训练，然后将训练好的网络模型和参数保存；使用训练好的网络模型和参数进行用户交互信息要求的预测，识别出当前手势类型对应的用户交互信息要求。
本发明实施例中，步骤S200中所述获取用户通过虚拟现实设备在VR虚拟仿真系统里的交互信息要求，包括以下实现步骤：获取摄像头采集的用户的手势动作视频数据；根据所述视频数据确认动作对象；解析所述视频数据并根据解析结果绘制所述动作对象的活动轨迹；依据所述活动轨迹通过所述训练好的网络模型和参数匹配出相对应的手势类型；基于该手势类型得出所述用户的交互信息要求。
本发明实施例中，步骤S2002中所述将处理过的数据进行手势判断，以获取用户交互信息要求，还包括以下实现步骤：获取初始交互信息要求，基于所述交互信息要求调用相关的颜色窗口提示信息以供用户进一步进行确认，并通过用户的确认指示将所述初始交互信息要求确认为最终的所述用户交互信息要求。
步骤S300:根据用户的交互信息要求，在VR虚拟仿真系统的虚拟环境里通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的拆分或组装。根据用户的交互信息要求，通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的拆分或组装的步骤具体包括：
步骤S3001:通过文物的三维模型的数据库获取文物的三维模型；
在实际运用中，文物的三维模型的数据库当博物馆或互联网存有时，可以由博物馆调取，也可事先通过以下方法得到：
对文物进行全角度的图像采集，对文物进行全角度的图像采集方法具体包括：通过多角度的相机阵列获取文物全角度的图像。其中，所述对文物进行全角度的图像采集涉及以下实现方式：构建三维图像采集模块，包括结构光投影设备、相机、存储单元；所述采集模块中结构光投影设备向文物的外表面投放结构光；基于覆盖结构光的文物表面，所述相机拍摄采集若干文物图像，并存储于所述存储单元。
根据采集的图像建立文物的三维模型；具体的，基于图片合成算法，合成被扫描物体的三维点云数据，根据三维点云数据建立文物的三维模型。
步骤S3002:根据用户的交互信息要求在三维模型中得到对文物拆分或组装后的三维图，并通过虚拟现实设备实时显示文物拆分或组装后的三维图。
具体的，步骤S3002可通过以下方法实现：
步骤S30021:当用户的交互信息要求为拆分文物时，基于用户的交互信息要求，对三维模型进行多区域划分，所述的多区域划分包括对三维模型各个区域进行移动或者隐藏，保存并通过虚拟现实设备实时显示多区域划分后的三维图；
步骤S30022:当用户的交互信息要求为组装文物时，基于用户的交互信息要求，对多区域划分后的三维图进行多区域组合，所述的多区域组合包括对三维模型各个区域进行移动或者显示；保存并通过虚拟现实设备实时显示多区域组合后的三维图。
本发明的用户可通过虚拟现实设备在VR虚拟仿真系统里做出手势，对做出的手势进行手势判断，得到用户的交互信息要求；所述手势的交互信息要求可以是组装文物，也可以是拆分文物，通过三维模型对文物进行移动或者隐藏或者显示的操作，然后通过虚拟现实设备实时显示操作后的三维图，实现对文物的虚拟拆装，可提高用户对文物的观赏体验，可运用在需要提高游客体验的景区或展馆。同时，还可满足人们在古建筑结构教学或博物馆中对历史文物进行拆装的导学任务。
为进一步增强本发明文物虚拟拆装导赏的体验性，本发明还包括以下步骤：
根据用户的交互信息要求，在VR虚拟仿真系统的虚拟环境里通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的放大、缩小、旋转。
通过在VR虚拟仿真系统的虚拟环境里通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的放大或缩小或旋转，这里实现方法如下：通过文物的三维模型的数据库获取文物的三维模型；
根据用户的交互信息要求在三维模型中得到对文物进行虚拟数字化的放大、缩小或旋转的三维图，并通过虚拟现实设备实时显示文物放大、缩小或旋转后的三维图。
这样，用户可通过虚拟现实设备在VR虚拟仿真系统里做出手势，用户手势的交互信息要求还可以是对文物的放大、缩小或旋转要求，通过三维模型对文物进行放大、缩小或旋转的操作，然后通过虚拟现实设备实时显示操作后的三维图，帮助用户进一步了解该文物的结构信息，增强了游客对文物的赏玩体验。
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，本发明的方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在该计算机存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机存储介质不包括电载波信号和电信信号。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
在服务器设备中构建VR虚拟仿真系统；
获取用户通过虚拟现实设备在VR虚拟仿真系统里的交互信息要求；
根据用户的交互信息要求，在VR虚拟仿真系统的虚拟环境里通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的拆分或组装。
2.根据权利要求1所述的基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，其特征在于，所述在服务器设备中构建VR虚拟仿真系统的方法具体包括：
通过人的视觉、触觉、力觉以及运动感官体验，并依靠计算机仿真系统技术，构建目标虚拟系统；并通过与虚拟现实设备连接，以便用户在虚拟环境里进行交互仿真和信息交流，在服务器设备中构建VR虚拟仿真系统。
3.根据权利要求1所述的基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，其特征在于，获取用户通过虚拟现实设备在VR虚拟仿真系统里的交互信息要求的步骤具体包括：
获取摄像头采集用户的手势动作视频数据，并将视频数据传输至VR虚拟仿真系统；
对所述视频数据进行预处理，再将处理过的数据进行手势判断，以获取用户交互信息要求。
4.根据权利要求3所述的基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，其特征在于，将处理过的数据进行手势判断，以获取用户交互信息要求的步骤具体包括：
采用深度递归神经网络进行手势识别，使用预先标定好的手势视频集当作训练数据进行网络参数训练，然后将训练好的网络模型和参数保存；使用训练好的模型和参数进行用户交互信息要求的预测，识别出当前手势类型对应的用户交互信息要求。
5.根据权利要求1所述的基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，其特征在于，根据用户的交互信息要求，通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的拆分或组装的步骤具体包括：
通过文物的三维模型的数据库获取文物的三维模型；
根据用户的交互信息要求在三维模型中得到对文物拆分或组装后的三维图，并通过虚拟现实设备实时显示文物拆分或组装后的三维图。
6.根据权利要求5所述的基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，其特征在于，根据用户的交互信息要求在三维模型中得到对文物拆分或组装后的三维图，并通过虚拟现实设备实时显示文物拆分或组装后的三维图步骤具体包括：
当用户的交互信息要求为拆分文物时，基于用户的交互信息要求，对三维模型进行多区域划分，所述的多区域划分包括对三维模型各个区域进行移动或者隐藏，保存并通过虚拟现实设备实时显示多区域划分后的三维图；
当用户的交互信息要求为组装文物时，基于用户的交互信息要求，对多区域划分后的三维图进行多区域组合，所述的多区域组合包括对三维模型各个区域进行移动或者显示；保存并通过虚拟现实设备实时显示多区域组合后的三维图。
7.根据权利要求5所述的基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，其特征在于，所述文物的三维模型的数据库通过以下方法得到：对文物进行全角度的图像采集，根据采集的图像建立文物的三维模型；对文物进行全角度的图像采集方法具体包括：通过多角度的相机阵列获取文物全角度的图像，基于图片合成算法，合成被扫描物体的三维点云数据，根据三维点元数据建立文物的三维模型。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法，其特征在于，还包括以下步骤:
根据用户的交互信息要求，在VR虚拟仿真系统的虚拟环境里通过影像和计算机三维图形技术对文物进行虚拟数字化的放大、缩小、旋转。
9.基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现系统，其特征在于，包括：
VR虚拟仿真系统，所述VR虚拟仿真系统与虚拟现实设备连接，以获取用户的交互信息要求并在虚拟现实设备的虚拟环境里实时显示对文物虚拟数字化的拆分或组装后的三维图；
虚拟现实设备，用于实现用户在VR虚拟仿真系统的交互仿真和信息交流，得到用户的交互信息要求，并在虚拟环境里实时显示对文物虚拟数字化的拆分或组装后的三维图；
文物的三维模型的数据库，用于得到文物的三维模型，所述三维模型用于根据用户的交互信息要求对文物进行虚拟数字化的拆分或组装，得到对文物进行拆分或组装后的三维图，并将得到的三维图传送给虚拟仿真系统，以虚拟现实设备实时显示文物拆分或组装后的三维图。
10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器执行时，实现如权利要求1-8任一项所述的基于VR技术的文物虚拟拆装导赏实现方法。
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