CN110568934A - 一种低误差高效率的多标记图增强现实系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，可在AR场景绑定物上绑定多个AR虚拟模型并按需显示，所述系统包括AR设备、与AR设备摄像模块相连的AR模型存储器；所述AR模型存储器内存储有与AR场景绑定物相关联的AR虚拟模型及模型显示触发条件；每个AR虚拟模型均对应唯一的模型显示触发条件；所述模型显示触发条件为AR场景绑定物与触发物品同时被AR设备的摄像模块捕捉到，当AR设备工作时若捕捉到模型显示触发条件，则AR设备演示与触发物品对应的AR虚拟模型；本发明适用于要在物体上依次叠加多项虚拟信息的场合，能有效减小重复粘贴标记图带来的虚实配准误差，同时也大大减小了工作量，提高了效率，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及增强现实技术领域，尤其是一种低误差高效率的多标记图增强现实系统。
背景技术
增强现实就是使用图像跟踪识别和显示技术，将计算机生成的虚拟信息叠加到真实的场景中，从而扩增人们对真实场景的认知。
从原理上讲，可以分为有标记增强现实和无标记增强现实，有标记增强现实是指依靠摄像头识别出人工标记（平面图像、三维物体、人工光源等），并在实时视频图像中的人工标记处叠加虚拟信息；而无标记增强现实是指以物体的自然特征（外形轮廓、体积大小、自身明暗等）作为标记，并在实时视频图像中自然特征处叠加虚拟信息。目前，无标记增强现实识别精度低，注册时间长，跟踪易丢失不稳定，实现较困难，因此，使用的场合不是很多。市面上常见的增强现实系统都是有标记增强现实，尤以平面图像作为识别标记的应用最多。
当增强现实系统需要用到多张标记图，叠加多项虚拟信息时，就是多标记图增强现实系统。传统的多标记图增强现实系统，每张标记图只叠加显示一项虚拟信息。使用时，需要根据情况在指定位置放置不同的标记图，每次放置都会有误差，若是在同一位置放置多张标记图，则会造成虚拟信息的叠加位置与理想位置偏差越来越大。且多次粘贴放置工作量大，效率低，使用起来极不方便。
发明内容
本发明提出一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，适用于要在物体上依次叠加多项虚拟信息的场合，能有效减小重复粘贴标记图带来的虚实配准误差，同时也大大减小了工作量，提高了效率，使用方便。
本发明采用以下技术方案。
一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，可在AR场景绑定物上绑定多个AR虚拟模型并按需显示，所述系统包括AR设备、与AR设备摄像模块相连的AR模型存储器；所述AR模型存储器内存储有与AR场景绑定物相关联的AR虚拟模型及模型显示触发条件；每个AR虚拟模型均对应唯一的模型显示触发条件；所述模型显示触发条件为AR场景绑定物与触发物品同时被AR设备的摄像模块捕捉到，当AR设备工作时若捕捉到模型显示触发条件，则AR设备演示与触发物品对应的AR虚拟模型。
所述AR场景绑定物为现实环境中的真实物品；所述触发物品为现实环境中的标记图片。
所述标记图片包括主标记图和开启标记图。
每个AR场景绑定物绑定的AR虚拟模型数量为m个，m>1，每个AR场景绑定物对应的标记图片数量为m+1个；所述m+1个标记图片包括一个主标记图和m个开启标记图。
所述标记图片的图片特征点可通过Vuforia官网验证。
当只有AR场景绑定物与主标记图同时被AR设备的摄像模块捕捉到时，该AR场景绑定物对应的AR虚拟模型不显示；
当AR场景绑定物、主标记图、开启标记图同时被AR设备的摄像模块捕捉到时，AR设备演示与开启标记图对应的AR虚拟模型。
所述系统的建立和使用包括以下步骤；
步骤A1、制作与AR场景绑定物相关联的AR虚拟模型与标记图片；
步骤A2、把主标记图与AR虚拟模型关联，同时建立两者的位置关系；把开启标记图与AR虚拟模型相关联，形成模型显示触发条件；
步骤A3、把开启标记图与AR虚拟模型的交互信息、动画效果相关联，形成控制关系；
步骤A4、把AR虚拟模型导出至AR模型存储器；在AR场景绑定物上贴附主标记图后；
步骤A5、以AR设备的摄像头获取AR场景绑定物的视频图像，当在AR场景绑定物处放入开启标记图时，视频图像中的开启标记图即可触发AR设备启动与开启标记图相关联的AR虚拟模型的演示。
所述AR虚拟模型以Unity3D编辑器制作；
在步骤A1中，在标记图片的图片特征点通过Vuforia官网验证后，下载包括这些标记图片的Vuforia Plugin for Unity插件包并将其导入Unity3D中；
在步骤A2中，根据使用需求，设置标记图片和AR虚拟模型的相对位置和比例大小，以使标记图片的粘贴位成为AR虚拟模型的显示位。
在步骤A4中，AR虚拟模型导出至带有摄像头装置的平台，所述平台包括移动智能设备、笔记本电脑或增强现实眼镜中的任一种；通过平台的摄像头扫描主标记图和开启标记图来在AR场景绑定物的影像上叠加AR虚拟模型，所述AR虚拟模型的显示效果与摄像头相对主标记图的相对位置关联，当摄像头视角改变时，AR虚拟模型的显示视角也随之对应变化。
所述标记图片优选为含二维码的图片；当AR设备工作时，所有AR虚拟模型的默认显示状态为不显示状态。
本发明适用于要在物体上依次叠加多项虚拟信息的场合，无论要在物体上叠加几项虚拟信息，都只需粘贴一次标记图即可，从而有效减小了重复粘贴标记图带来的虚实配准误差，同时也大大减小了工作量，提高了效率，使用方便。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的实施流程图；
附图2是本发明所述方案的系统示意图；
附图3是在AR场景绑定物上贴附主标记图后的示意图；
附图4是以AR设备观察贴有主标记图的AR场景绑定物，并以开启标记图触发AR虚拟模型演示时的使用示意图；
附图5是附图4中AR设备所观察到的AR虚拟模型的演示示意图。
图中：1-AR场景绑定物；2-主标记图；3-开启标记图；4-AR虚拟模型。
具体实施方式
如图1-5所示，一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，可在AR场景绑定物1上绑定多个AR虚拟模型4并按需显示，所述系统包括AR设备、与AR设备摄像模块相连的AR模型存储器；所述AR模型存储器内存储有与AR场景绑定物相关联的AR虚拟模型及模型显示触发条件；每个AR虚拟模型均对应唯一的模型显示触发条件；所述模型显示触发条件为AR场景绑定物与触发物品同时被AR设备的摄像模块捕捉到，当AR设备工作时若捕捉到模型显示触发条件，则AR设备演示与触发物品对应的AR虚拟模型。
所述AR场景绑定物为现实环境中的真实物品；所述触发物品为现实环境中的标记图片。
所述标记图片包括主标记图2和开启标记图1。
每个AR场景绑定物绑定的AR虚拟模型数量为m个，m>1，每个AR场景绑定物对应的标记图片数量为m+1个；所述m+1个标记图片包括一个主标记图和m个开启标记图。
所述标记图片的图片特征点可通过Vuforia官网验证。
当只有AR场景绑定物与主标记图同时被AR设备的摄像模块捕捉到时，该AR场景绑定物对应的AR虚拟模型不显示；
当AR场景绑定物、主标记图、开启标记图同时被AR设备的摄像模块捕捉到时，AR设备演示与开启标记图对应的AR虚拟模型。
所述系统的建立和使用包括以下步骤；
步骤A1、制作与AR场景绑定物相关联的AR虚拟模型与标记图片；
步骤A2、把主标记图与AR虚拟模型关联，同时建立两者的位置关系；把开启标记图与AR虚拟模型相关联，形成模型显示触发条件；
步骤A3、把开启标记图与AR虚拟模型的交互信息、动画效果相关联，形成控制关系；
步骤A4、把AR虚拟模型导出至AR模型存储器；在AR场景绑定物上贴附主标记图后；
步骤A5、以AR设备的摄像头获取AR场景绑定物的视频图像，当在AR场景绑定物处放入开启标记图时，视频图像中的开启标记图即可触发AR设备启动与开启标记图相关联的AR虚拟模型的演示。
所述AR虚拟模型以Unity3D编辑器制作；
在步骤A1中，在标记图片的图片特征点通过Vuforia官网验证后，下载包括这些标记图片的Vuforia Plugin for Unity插件包并将其导入Unity3D中；
在步骤A2中，根据使用需求，设置标记图片和AR虚拟模型的相对位置和比例大小，以使标记图片的粘贴位成为AR虚拟模型的显示位。
在步骤A4中，AR虚拟模型导出至带有摄像头装置的平台，所述平台包括移动智能设备、笔记本电脑或增强现实眼镜中的任一种；通过平台的摄像头扫描主标记图和开启标记图来在AR场景绑定物的影像上叠加AR虚拟模型，所述AR虚拟模型的显示效果与摄像头相对主标记图的相对位置关联，当摄像头视角改变时，AR虚拟模型的显示视角也随之对应变化。
所述标记图片优选为含二维码的图片；当AR设备工作时，所有AR虚拟模型的默认显示状态为不显示状态。
实施例1：
本例中，AR场景绑定物为一人头部模型，AR虚拟模型为人脑及相关手术器械；该人头部模型顶部贴有主标记图，当使用者佩戴AR设备对人头部模型的外观进行观察，然后把印有开启标记图的纸张移入AR设备的视野，此时AR设备视野中的开启标记图触发AR设备，AR设备启动与开启标记图相关联的AR虚拟模型的演示，使用者通过AR设备看到的AR场景绑定物影像上即叠加有人脑及相关手术器械的模型影像。
实施例2：
在创建本系统时，包括下述步骤：
S1、根据实际需求，确定要进行增强现实显示的虚拟模型数量m和标记图数量m+1（m＞1），使用相应的建模软件制作虚拟模型，导出为FBX格式文件，导入Unity3D中。
S2、选择m+1张大小一样的平面图片作为标记图，依次上传到Vuforia官网验证图片的特征点，图片必须具备足够的特征点才能被摄像头跟踪识别出来，像二维码图片就非常容易被识别，验证通过后，下载包含这m+1张标记图的Vuforia Plugin for Unity插件包，导入Unity3D中。
S3、在Unity3D编辑器中，根据使用需求，设置标记图和虚拟模型的相对位置关系，这样，在实际场景中，标记图粘贴在哪，虚拟模型就会显示在哪。这里取一张标记图作为主标记图，所有模型都设为其子物体，跟主标记图确定好位置关系，且模型的setActive属性均设置为false，这样，摄像头只识别到主标记图时场景不会显示任何虚拟信息。将其余的m张标记图作为开启标记图，分别在代码中获取m个虚拟模型的引用，并在摄像头识别到开启标记图时，把这张开启标记图对应虚拟模型的setActive属性设置为true，这样就可以在场景中看到相应的虚拟信息。主标记图固定在真实物体某个位置，开启标记图则随意摆放（只要能被摄像头捕捉到），这样，既可以减小多次粘贴标记图的误差，也提高了效率。
S4、根据实际需求，给虚拟模型添加交互信息，动画效果，在识别代码中设置开关，就可以在叠加虚拟模型后，观察虚拟模型的动画效果，并能对虚拟模型进行缩放、平移、旋转操作。
S5、制作完成后，导出到带有摄像头装置的平台上，如移动智能设备、笔记本电脑、增强现实眼镜等。
S6、使用时，根据主标记图与虚拟模型的位置关系，将主标记图准确粘贴在需要叠加虚拟信息的位置上，即可通过真实摄像头扫描主标记图和开启标记图来显示虚拟模型信息，且该虚拟模型的显示效果与摄像头相对主标记图的位置对应，因此改变摄像头视角的情况下，虚拟模型的视角也跟着改变。
Claims (10)
1.一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，可在AR场景绑定物上绑定多个AR虚拟模型并按需显示，其特征在于：所述系统包括AR设备、与AR设备摄像模块相连的AR模型存储器；所述AR模型存储器内存储有与AR场景绑定物相关联的AR虚拟模型及模型显示触发条件；每个AR虚拟模型均对应唯一的模型显示触发条件；所述模型显示触发条件为AR场景绑定物与触发物品同时被AR设备的摄像模块捕捉到，当AR设备工作时若捕捉到模型显示触发条件，则AR设备演示与触发物品对应的AR虚拟模型。
2.根据权利要求1所述的一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，其特征在于：所述AR场景绑定物为现实环境中的真实物品；所述触发物品为现实环境中的标记图片。
3.根据权利要求2所述的一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，其特征在于：所述标记图片包括主标记图和开启标记图。
4.根据权利要求3所述的一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，其特征在于：每个AR场景绑定物绑定的AR虚拟模型数量为m个，m>1，每个AR场景绑定物对应的标记图片数量为m+1个；所述m+1个标记图片包括一个主标记图和m个开启标记图。
5.根据权利要求4所述的一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，其特征在于：所述标记图片的图片特征点可通过Vuforia官网验证。
6.根据权利要求4所述的一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，其特征在于：当只有AR场景绑定物与主标记图同时被AR设备的摄像模块捕捉到时，该AR场景绑定物对应的AR虚拟模型不显示；
当AR场景绑定物、主标记图、开启标记图同时被AR设备的摄像模块捕捉到时，AR设备演示与开启标记图对应的AR虚拟模型。
7.根据权利要求4所述的一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，其特征在于：所述系统的建立和使用包括以下步骤；
步骤A1、制作与AR场景绑定物相关联的AR虚拟模型与标记图片；
步骤A2、把主标记图与AR虚拟模型关联，同时建立两者的位置关系；把开启标记图与AR虚拟模型相关联，形成模型显示触发条件；
步骤A3、把开启标记图与AR虚拟模型的交互信息、动画效果相关联，形成控制关系；
步骤A4、把AR虚拟模型导出至AR模型存储器；在AR场景绑定物上贴附主标记图后；
步骤A5、以AR设备的摄像头获取AR场景绑定物的视频图像，当在AR场景绑定物处放入开启标记图时，视频图像中的开启标记图即可触发AR设备启动与开启标记图相关联的AR虚拟模型的演示。
8.根据权利要求7所述的一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，其特征在于：所述AR虚拟模型以Unity3D编辑器制作；
在步骤A1中，在标记图片的图片特征点通过Vuforia官网验证后，下载包括这些标记图片的Vuforia Plugin for Unity插件包并将其导入Unity3D中；
在步骤A2中，根据使用需求，设置标记图片和AR虚拟模型的相对位置和比例大小，以使标记图片的粘贴位成为AR虚拟模型的显示位。
9.根据权利要求8所述的一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，其特征在于：在步骤A4中，AR虚拟模型导出至带有摄像头装置的平台，所述平台包括移动智能设备、笔记本电脑或增强现实眼镜中的任一种；通过平台的摄像头扫描主标记图和开启标记图来在AR场景绑定物的影像上叠加AR虚拟模型，所述AR虚拟模型的显示效果与摄像头相对主标记图的相对位置关联，当摄像头视角改变时，AR虚拟模型的显示视角也随之对应变化。
10.根据权利要求2所述的一种低误差高效率的多标记图增强现实系统，其特征在于：所述标记图片优选为含二维码的图片；当AR设备工作时，所有AR虚拟模型的默认显示状态为不显示状态。
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