CN110362209B - 一种mr混合现实智能感知交互系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种MR混合现实智能感知交互系统，所述系统包括感知层组件、中控管理层组件和应用层组件，所述感知层组件包括物理感知层组件和虚拟感知层组件，通过将实时采集到的感知交互实体的特征数据和构建的虚拟场景输入至3D游戏引擎内构建三维空间关系，并与真实物理环境结合生成混合现实三维交互关系并实现实时交互的可视化展示，将人、位、物、时、维度五种元素，按照预设的任何数字环境和真实世界环境自由排列组合创建一个崭新的虚实结合交互空间环境进行沉浸式实时交互以及容错纠错机制精准化，增强了沉浸式体验的真实感和科学性，可广泛应用于汽车、教育、医疗、广电、金融、军事、文化体育运动、游戏、航空等领域。
Description
技术领域
本发明实施例涉及混合现实技术领域，具体涉及一种MR混合现实智能感知交互系统。
背景技术
现有的混合现实(Mixed Reality，MR)穿戴设备，虚拟现实视频/图像及其拍摄、处理或播放等相关技术存在以下缺陷：(1)混合现实穿戴设备所呈现的内容需要提前预制，互动性受局限，不具备实时再创造性；(2)虚拟现实视频/图像及其拍摄、处理或播放等相关技术，是基于物理摄像机与3D游戏引擎内的虚拟摄像机进行一致性互动捆绑，呈现的虚实结合，更关注的是视频结果及质量，但是结果呈现的过程复杂，很多互动节点需要预制添加到预设场景内，以演绎的方式表达，无法实现参与过程的实时交互和规范化；(3)市场上也有把上述两个技术通过系统集成的形式整合在一起，虚拟拍摄+混合现实穿戴设备+3D游戏引擎渲染，但是由于该集成方案跨技术领域大，集成成本高，稳定性差、呈现效果参差不齐，导致最终的沉浸式实时交互体验非常不理想，且绝大多数都是通过二次程序编程开发制作的，呈现一个特定的应用模式，不具备可复制性。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种MR混合现实智能感知交互系统，以解决现有的混合现实穿戴设备、虚拟现实视频/图像及其拍摄、处理或播放等相关技术存在的实时交互性差、沉浸式体验不理想的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种MR混合现实智能感知交互系统，所述系统包括：
感知层组件，所述感知层组件包括物理感知层组件和虚拟感知层组件；所述感知层组件用于通过多个物理传感器和虚拟传感器实时捕捉和采集感知交互实体的特征数据，并通过虚拟现实VR和增强现实AR技术进行虚拟场景的预构建；
中控管理层组件，所述中控管理层组件包括3D游戏引擎模块和MR智能感知交互模块；所述3D游戏引擎模块用于将实时采集到的所述感知交互实体的特征数据和预构建的所述虚拟场景输入至3D游戏引擎内从而形成了一个虚实结合的三维空间关系；所述MR智能感知交互模块用于将所述三维空间关系与真实物理环境结合生成混合现实三维交互关系，借助物联网组件并结合数据资源管理包进行实时交互的可视化展示和容错纠错处理；
应用层组件，用于根据实际应用需求提供不同的应用。
进一步地，所述物理感知层组件包括由多个物理传感器组成的物理传感器集群、信号处理器以及增强现实AR模块，所述信号处理器用于对所述物理传感器输出信号进行处理，所述增强现实AR模块用于通过增强现实AR技术进行虚拟场景的预构建。
进一步地，所述虚拟感知层组件包括由多个虚拟传感器组成的虚拟传感器集群、虚拟现实VR模块、智能交互中控模块、仿真交互资源模块以及电子课件管理模块；
所述虚拟现实VR模块用于通过虚拟现实VR技术进行虚拟场景的预构建；所述智能交互中控模块用于对虚拟现实VR模块的中控调节以及对所述虚拟场景中相关环境因素的调节；所述仿真交互资源模块用于提供所述虚拟场景中的包括人或物的仿真交互对象；所述电子课件管理模块用于对所述虚拟场景中示教用相关电子课件的管理。
进一步地，所述系统还包括数据处理层组件，所述数据处理层组件包括数据处理器模块和数据融合与分析管理模块；
所述数据处理器模块用于对所述物理感知层组件获取的数据进行处理；所述数据融合与分析管理模块用于将所述物理感知层组件和所述虚拟感知层组件获取的数据进行融合与分析。
进一步地，所述MR智能感知交互模块包括MR智能感知交互平台、数据库模块、数据分析模块以及整合资源管理器模块；
所述MR智能感知交互平台用于提供与所述混合现实三维交互关系进行实时交互的平台；所述数据库模块用于存储基础数据；所述数据分析模块用于对所述分类数据进行精细化拆解并再分类萃取，并利用数据分析自动筛选归类技术与所述基础数据融合生成数据资源管理包；所述整合资源管理器模块用于根据实际应用需求整合底层资源库和不同的功能模块以实现应用。
进一步地，所述功能模块包括图像识别处理模块、实时交互模块、深度学习模块、数据捕捉模块和实时渲染模块；
所述图像识别处理模块用于通过图像识别与处理技术实现实时交互的可视化输出；所述实时交互模块用于借助交互工具与所述混合现实三维交互关系进行实时交互；所述深度学习模块用于采用深度学习算法进行系统的自适应学习；所述数据捕捉模块用于对动作或表情节点数据进行采集和处理以完成动作或表情捕捉；所述实时渲染模块用于对所述混合现实三维交互关系进行实时渲染。
进一步地，所述MR智能感知交互模块还包括机理反馈调节模块，用于根据可视化展示结果以及深度学习结果对系统进行反馈调节。
进一步地，所述底层资源库包括三维背景素材库和仿真交互物体素材库。
进一步地，所述应用的内容包括多人协同异地实时模拟训练、深刻体验记忆、行为强化训练、沉浸式模拟交互体验、交互机理的深度探究、隐性数据捕捉及处理以及深度行为学习体系建设。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提出的一种MR混合现实智能感知交互系统，该系统包括感知层组件、中控管理层组件以及应用层组件，通过多个物理传感器和虚拟传感器实时捕捉和采集感知交互实体的特征数据，通过虚拟现实VR和增强现实AR技术进行虚拟场景的预构建，将实时采集到的感知交互实体的特征数据和预构建的虚拟场景输入至3D游戏引擎内构建三维空间关系，并与真实物理环境结合生成混合现实三维交互关系实现实时交互的可视化展示，将人(核心对象)、位(物理位置和场所)、物(自然物体)、时(过去、现在、未来的某一时间点、时间段、时空)、维度(一维、二维、三维、四维、五维)，按照预设的任何数字环境和真实世界环境自由排列组合创建一个崭新的虚实结合交互空间环境进行沉浸式实时交互以及容错纠错机制精准化，在现实世界、虚拟世界和参与对象之间搭起一个交互反馈的信息沟通通道，交互方式完全可以自定义，增强了沉浸式体验的真实感和科学性，支持定制开发，最终可实现多人协同异地实时模拟训练、深刻体验记忆、行为强化训练、沉浸式模拟交互体验、交互机理的深度探究、隐性数据捕捉及处理、深度行为学习体系建设等不同的应用，可广泛应用于汽车、教育、医疗、广电、金融、军事、文化体育运动、游戏、航空等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例1提供的一种MR混合现实智能感知交互系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的一种MR混合现实智能感知交互系统的逻辑框架示意图；
图3为本发明实施例1提供的一种MR混合现实智能感知交互系统底层资源库的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提出的一种MR混合现实智能感知交互系统，系统包括感知层组件100、数据处理层组件200、中控管理层组件300和应用层组件400，系统具有平台化的开发性，支持定制开发。
感知层组件100用于通过多个物理传感器和虚拟传感器实时捕捉和采集感知交互实体的特征数据，并通过虚拟现实VR和增强现实AR技术进行虚拟场景的预构建。
感知层组件100包括物理感知层组件110和虚拟感知层组件120。
进一步地，物理感知层组件110包括由多个物理传感器组成的物理传感器集群111、信号处理器112以及增强现实AR(Augmented Reality，简称AR)模块113，信号处理器112用于对所述物理传感器输出信号进行处理，增强现实AR模块113用于通过增强现实AR技术进行虚拟场景的预构建。可通过API接入各类应用传感器，如光学定位器、影像传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等获取感知交互实体的特征数据，比如动作特征、表情特征等数据。
虚拟感知层组件120用于。进一步地，虚拟感知层组件120包括由多个虚拟传感器组成的虚拟传感器集群121、虚拟现实VR(Virtual Reality，简称VR)模块122、智能交互中控模块123、仿真交互资源模块124以及电子课件管理模块125。虚拟现实VR模块122用于通过虚拟现实VR并结合相关机理数据进行虚拟场景的预构建。智能交互中控模块123用于对虚拟现实VR模块122的中控调节以及对虚拟场景中相关环境因素的调节，相关环境因素如灯光、音效、虚拟镜头等。仿真交互资源模块124用于提供虚拟场景中的包括人或物的仿真交互对象。电子课件管理模块125用于对虚拟场景中示教用相关电子课件如PPT、音频或视频等的管理，适用于教学领域。
该系统还包括数据处理层组件200，数据处理层组件200包括数据处理器模块210和数据融合与分析管理模块220。数据处理器模块210用于对物理感知层组件获取的数据进行处理。通过将各类应用传感器所采集的数据信息，通过AI、云计算技术进行深度学习、精细遴选、计算分析处理得到系统环境所需的分类数据。数据融合与分析管理模块220用于将所述物理感知层组件和所述虚拟感知层组件获取的数据进行融合与分析。
中控管理层组件300包括3D游戏引擎模块310和MR智能感知交互模块320。3D游戏引擎模块310用于将实时采集到的感知交互实体的特征数据和预构建的虚拟场景输入至3D游戏引擎内并构建三维空间关系。系统提供完整的三维软件和实时引擎接口，支持C++编程格式，深度兼容Maya/3Ds Max等3D设计软件，可无缝对接主流3D游戏引擎(MotionBuilder、Unreal、Unity等)，将色键抠像技术和3D游戏引擎紧耦合，创造虚实结合、实时互动的运行环境，并将聚类信息及数据按照输入—预处理——特征提取—分类识别—后处理—输出—应用，呈现系统环境主架构。
MR智能感知交互模块320用于将三维空间关系与真实物理环境结合生成混合现实三维交互关系，借助物联网组件并结合数据资源管理包进行实时交互的可视化展示和容错纠错处理。通过将人(核心对象)、位(物理位置和场所)、物(自然物体)、时(过去、现在、未来的某一时间点、时间段)、维度(一维、二维、三维、四维、五维)，按照预设的任何数字环境和真实世界环境自由排列组合创建一个崭新的虚实结合交互空间环境进行沉浸式实时交互，达到现实世界、虚拟世界和参与对象的实时互动和机理可视化，通过三维空间时间线影像采集设备、光学定位器设定的纵深空间(具有X\Y\Z轴)，实现物理对象与虚拟对象在同一个空间内(物理空间或虚拟空间)实时交互。在混合现实环境中以真实比例观察，并且提供交互和编辑功能，应用者只需要将已有的三维元素、基础数据等多种信息导入，即可实现预期的沉浸式实时交互体验。
进一步地，MR智能感知交互模块320包括MR智能感知交互平台321、数据库模块322、数据分析模块323以及整合资源管理器模块324。MR智能感知交互平台321用于提供与混合现实三维交互关系进行实时交互的平台。数据库模块322用于存储基础数据。数据分析模块323用于对分类数据进行精细化拆解并再分类萃取，并利用数据分析自动筛选归类技术与基础数据融合生成数据资源管理包。可辅助系统内的人、物、位、时、维度输出可视化数据及可视化数据机理形态，同时系统结合数据资源管理包会自主对人、位、物、时、维度的实时交互和沉浸式体验过程进行精准容错纠错。
整合资源管理器模块324用于根据实际应用需求整合底层资源库325和不同的功能模块326以实现应用。进一步地，功能模块326包括图像识别处理模块、实时交互模块、深度学习模块、数据捕捉模块和实时渲染模块。图像识别处理模块用于通过图像识别与处理技术实现混合现实三维交互关系的可视化输出。实时交互模块用于借助交互工具与混合现实三维交互关系进行实时交互；深度学习模块用于采用深度学习算法进行系统的自适应学习。数据捕捉模块用于对动作或表情节点数据进行采集和处理以完成动作或表情捕捉。实时渲染模块用于对混合现实三维交互关系进行实时渲染。进一步地，如图3所示，底层资源库325包括三维背景素材库和仿真交互物体素材库。
进一步地，MR智能感知交互模块320还包括机理反馈调节模块327，用于根据可视化展示结果以及深度学习结果对系统进行反馈调节。
应用层组件400，用于根据实际应用需求提供不同的应用，最终可实现的应用内容包括多人协同异地实时模拟训练、深刻体验记忆、行为强化训练、沉浸式模拟交互体验、交互机理的深度探究、隐性数据捕捉及处理、深度行为学习体系建设等。
本实施例提出的一种MR混合现实智能感知交互系统，通过多个物理传感器和虚拟传感器实时捕捉和采集感知交互实体的特征数据，通过虚拟现实VR和增强现实AR技术进行虚拟场景的预构建，将实时采集到的感知交互实体的特征数据和构建的虚拟场景输入至3D游戏引擎内构建三维空间关系，并与真实物理环境结合生成混合现实三维交互关系并实现实时交互的可视化展示，将人(核心对象)、位(物理位置和场所)、物(自然物体)、时(过去、现在、未来的某一时间点、时间段、时空)、维度(一维、二维、三维、四维、五维)，按照预设的任何数字环境和真实世界环境自由排列组合创建一个崭新的虚实结合交互空间环境进行沉浸式实时交互以及容错纠错机制精准化，在现实世界、虚拟世界和参与对象之间搭起一个交互反馈的信息沟通通道，交互方式完全可以自定义，增强了沉浸式体验的真实感和科学性，支持定制开发，最终可实现多人协同异地实时模拟训练、深刻体验记忆、行为强化训练、沉浸式模拟交互体验、交互机理的深度探究、隐性数据捕捉及处理、深度行为学习体系建设等，可广泛应用于汽车、教育、医疗、广电、金融、军事、文化体育运动、游戏、航空等领域。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种MR混合现实智能感知交互系统，其特征在于，所述系统包括：
感知层组件，所述感知层组件包括物理感知层组件和虚拟感知层组件；所述感知层组件用于通过多个物理传感器和虚拟传感器实时捕捉和采集感知交互实体的特征数据，并通过虚拟现实VR和增强现实AR技术进行虚拟场景的预构建；
中控管理层组件，所述中控管理层组件包括3D游戏引擎模块和MR智能感知交互模块；所述3D游戏引擎模块用于将实时采集到的所述感知交互实体的特征数据和预构建的所述虚拟场景输入至3D游戏引擎内从而形成了一个虚实结合的三维空间关系；所述MR智能感知交互模块用于将所述三维空间关系与真实物理环境结合生成混合现实三维交互关系，借助物联网组件并结合数据资源管理包进行实时交互的可视化展示和容错纠错处理；
应用层组件，用于根据实际应用需求提供不同的应用；
所述虚拟感知层组件包括由多个虚拟传感器组成的虚拟传感器集群、虚拟现实VR模块、智能交互中控模块、仿真交互资源模块以及电子课件管理模块；
所述虚拟现实VR模块用于通过虚拟现实VR技术进行虚拟场景的预构建；所述智能交互中控模块用于对虚拟现实VR模块的中控调节以及对所述虚拟场景中相关环境因素的调节；所述仿真交互资源模块用于提供所述虚拟场景中的包括人或物的仿真交互对象；所述电子课件管理模块用于对所述虚拟场景中示教用相关电子课件的管理；
所述系统还包括数据处理层组件，所述数据处理层组件包括数据处理器模块和数据融合与分析管理模块；
所述数据处理器模块用于对所述物理感知层组件获取的数据进行处理，通过将各类应用传感器所采集的数据信息，通过AI、云计算技术进行深度学习、精细遴选、计算分析处理得到系统环境所需的分类数据；所述数据融合与分析管理模块用于将所述物理感知层组件和所述虚拟感知层组件获取的数据进行融合与分析；
所述MR智能感知交互模块包括MR智能感知交互平台、数据库模块、数据分析模块以及整合资源管理器模块；
所述MR智能感知交互平台用于提供与所述混合现实三维交互关系进行实时交互的平台；所述数据库模块用于存储基础数据；所述数据分析模块用于对所述分类数据进行精细化拆解并再分类萃取，并利用数据分析自动筛选归类技术与所述基础数据融合生成数据资源管理包；所述整合资源管理器模块用于根据实际应用需求整合底层资源库和不同的功能模块以实现应用。
2.根据权利要求1所述的一种MR混合现实智能感知交互系统，其特征在于，所述物理感知层组件包括由多个物理传感器组成的物理传感器集群、信号处理器以及增强现实AR模块，所述信号处理器用于对所述物理传感器输出信号进行处理，所述增强现实AR模块用于通过增强现实AR技术进行虚拟场景的预构建。
3.根据权利要求1所述的一种MR混合现实智能感知交互系统，其特征在于，所述功能模块包括图像识别处理模块、实时交互模块、深度学习模块、数据捕捉模块和实时渲染模块；
所述图像识别处理模块用于通过图像识别与处理技术，实现实时交互的可视化输出；所述实时交互模块用于借助交互工具与所述混合现实三维交互关系进行实时交互；所述深度学习模块用于采用深度学习算法进行系统的自适应学习；所述数据捕捉模块用于对动作或表情节点数据进行采集和处理以完成动作或表情捕捉；所述实时渲染模块用于对所述混合现实三维交互关系进行实时渲染。
4.根据权利要求3所述的一种MR混合现实智能感知交互系统，其特征在于，所述MR智能感知交互模块还包括机理反馈调节模块，用于根据可视化展示结果以及深度学习结果对系统进行反馈调节。
5.根据权利要求1所述的一种MR混合现实智能感知交互系统，其特征在于，所述底层资源库包括三维背景素材库和仿真交互物体素材库。
6.根据权利要求1所述的一种MR混合现实智能感知交互系统，其特征在于，所述应用的内容包括多人协同异地实时模拟训练、深刻体验记忆、行为强化训练、沉浸式模拟交互体验、交互机理的深度探究、隐性数据捕捉及处理以及深度行为学习体系建设。
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