CN111405270A - 基于3d实景克隆技术的vr沉浸式应用系统 - Google Patents

基于3d实景克隆技术的vr沉浸式应用系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，属于虚拟现实技术领域，包括：VR扫描设备：选择多个展示点和衔接点对实景场景进行扫描分析；场景采集单元：使用三维数据拼接技术拼接出完整的场景，再传送场景数据；场景存储单元：对场景数据进行碎片化，按照适配大小进行切片分割，再进行单文件存储；场景建模单元：建立与真实场景1:1的场景模型，传送场景模型数据给前端设备；前端设备：配合硬件显卡，使用HTML5 Canvas 3D技术对硬件显卡进行加速，快速加载场景模型数据并进行展示。本发明解决了现有VR应用存在数据量较大，对网络带宽要求较高，从而导致数据可能存在缺失，以及场景真实性不足，用户体验感不强烈的问题。

Description

基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统
技术领域
本发明属于虚拟现实技术领域，涉及VR沉浸式应用技术领域，尤其涉及一种基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统。
背景技术
VR技术，又叫虚拟现实技术，囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体，通过计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感，近几年来，VR技术作为一个新的科学技术领域，得到人们逐渐重视，被广泛应用于影视、虚拟现实游戏、绘画等场景。
目前市面上比较多的是基于360°全景的VR应用，比如，VR照片或VR视频，VR照片一般是将多张平面图片缝合成整张360度全景图片并基于此展现出全景效果，视频则是更多的照片连接在一起，VR照片或VR视频都采用的是2D技术，通过360度摄像头拍摄的照片拼接在一起来实现，本身并没有直接的3D信息，且都是基于一个位置点的360度或720度的图像查看；但是，对于一个具有多种应用需求的场景来讲，参观的位置和角度必须是多变的，尤其是位置，既要可以在A点预览，也可以在B点预览，而目前的VR照片及VR视频尚无法实现多点位预览的需求。
并且，由于目前的VR视频实质就是采集好的一帧一帧照片，导致数据量较大，对网络带宽要求较高，从而导致数据可能存在缺失；且只能按顺序播放，无法进入空间，只能查看空间的固定某一个画面，导致场景真实性不足，用户体验感不强烈。
因此，本发明针对上述问题，进行全点位的VR场景应用研究，提出了一种基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，解决了现有VR应用存在数据量较大，对网络带宽要求较高，从而导致数据可能存在缺失，以及场景真实性不足，用户体验感不强烈的问题。
本发明采用的技术方案如下：
基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，包括：
VR扫描设备：选择多个展示点和衔接点对实景场景进行扫描分析并统一传送给场景采集单元；
场景采集单元：根据VR扫描设备采集的数据，使用三维数据拼接技术拼接出整个完整的场景，并传送场景数据给场景存储单元和场景建模单元；
场景存储单元：对场景数据进行碎片化，按照适配大小进行切片分割，再进行单文件存储；
场景建模单元：建立与真实场景1:1的场景模型，传送场景模型数据给前端设备；
前端设备：配合硬件显卡，使用HTML5 Canvas 3D技术对硬件显卡进行加速，快速加载场景模型数据并进行场景模型展示。
进一步地，所述VR扫描设备为基于深度视觉技术的相机，采集实景场景的3D数据并进行分析。
更进一步地，所述相机的摄像头为双目视觉摄像头，具有两种摄像头，一种是彩色摄像头，一种是深度摄像头，彩色摄像头采集彩色数据，深度摄像头采集深度数据。
进一步地，所述场景采集单元中使用的三维数据拼接技术具体为使用动态环境建模和实时三维图形生成技术对场景进行拼接。
进一步地，所述场景建模单元采用WEBGL 3D绘图协议和JavaScript技术建立场景模型。
进一步地，所述场景采集单元、场景存储单元、场景建模单元均设置在云服务器上。
进一步地，所述前端设备为浏览器端的播放器，所述播放器设置在手机端或电脑端上。
更进一步地，所述前端设备为与云服务器连接的移动终端，集成移动终端的操作手势对展示的场景模型进行交互操作，所述移动终端为手机或平板电脑。
更进一步地，还包括与前端设备连接的VR穿戴式终端。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，通过VR扫描设备对实景场景进行多个展示点和衔接点的扫描分析，使用简单且易操作；再使用三维数据拼接技术拼接出整个完整的场景，数据量小、成本低、速度快，可以实现真实的场景复现；然后对场景数据进行碎片化，按照适配大小进行切片分割，再进行单文件存储，可以解决系统初次加载时场景量过大，加载延迟或加载崩溃的问题；同时在云服务器上建立与真实场景1:1的场景模型，增加了场景模型的真实性和完整性；最后使用HTML5 Canvas 3D技术对硬件显卡进行加速，快速加载场景模型数据并进行场景模型的展示；本发明基于3D实景克隆技术，结合VR扫描设备采集三维信息和云服务器的重建、展示技术，在云端基于3D数据经过配准后创建三维模型及纹理信息，得到的模型场景，可以深入空间内部，无死角地通过任何一个角度查看空间，扩充了场景应用范围，不再局限于仅一个360°的场景，增加了用户体验的深入性，可以各角度预览场景和交互操作；一方面可以百分百还原真实场景，另一方面还可以节省近20倍的成本。
2.本发明中所述场景建模单元采用WEBGL 3D绘图协议和JavaScript技术建立场景模型，可以免插件体验VR应用，增加用户体验度。
3.本发明中所述前端设备为与云服务器连接的移动终端，集成移动终端的操作手势对展示的场景模型进行交互操作，所述移动终端为手机或平板电脑，使用户能够在移动终端上体验场景应用，包括弹幕标注、关键位置的数据测量、数据展示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1是基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处描述和附图中示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，解决了现有VR应用存在数据量较大，对网络带宽要求较高，从而导致数据可能存在缺失，以及场景真实性不足，用户体验感不强烈的问题。
基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，如图1所示，包括：
VR扫描设备：选择多个展示点和衔接点对实景场景进行扫描分析并统一传送给场景采集单元；
场景采集单元：根据VR扫描设备采集的数据，使用三维数据拼接技术拼接出整个完整的场景，并传送场景数据给场景存储单元和场景建模单元；
场景存储单元：对场景数据进行碎片化，按照适配大小进行切片分割，再进行单文件存储；
场景建模单元：建立与真实场景1:1的场景模型，传送场景模型数据给前端设备；
前端设备：配合硬件显卡，使用HTML5 Canvas 3D技术对硬件显卡进行加速，快速加载场景模型数据并进行场景模型展示。
本发明通过VR扫描设备对实景场景进行多个展示点和衔接点的扫描分析，使用简单且易操作；再使用三维数据拼接技术拼接出整个完整的场景，数据量小、成本低、速度快，可以实现真实的场景复现；然后对场景数据进行碎片化，按照适配大小进行切片分割，再进行单文件存储，可以解决系统初次加载时场景量过大，加载延迟或加载崩溃的问题；同时在云服务器上建立与真实场景1:1的场景模型，增加了场景模型的真实性和完整性；最后使用HTML5 Canvas 3D技术对硬件显卡进行加速，快速加载场景模型数据并进行场景模型的展示；本发明基于3D实景克隆技术，结合VR扫描设备采集三维信息和云服务器的重建、展示技术，在云端基于3D数据经过配准后创建三维模型及纹理信息，得到的模型场景，可以深入空间内部，无死角地通过任何一个角度查看空间，扩充了场景应用范围，不再局限于仅一个360°的场景，增加了用户体验的深入性，可以各角度预览场景和交互操作；一方面可以百分百还原真实场景，另一方面还可以节省近20倍的成本。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上，进一步地，所述VR扫描设备为基于深度视觉技术的相机，采集实景场景的3D数据并进行分析，在画面拍摄后计算景深时不需要进行后处理，既可避免延迟又可节省采用强大后处理系统带来的相关成本，且测距规模弹性大，大多数情况下只需改变光源强度、光学视野以及发射器脉冲频率即可完成。所述相机的摄像头为双目视觉摄像头，具有两种摄像头，一种是彩色摄像头，一种是深度摄像头，通过彩色摄像头采集彩色数据，通过深度摄像头采集深度数据，其中，深度摄像头比如，激光雷达和Kinect，但激光雷达成本很高，军用或工业用比较多，不是很适合本实施例节约成本的目的，方便场景采集单元通过深度数据恢复出空间的三维数据。所述场景采集单元中使用的三维数据拼接技术具体为使用动态环境建模和实时三维图形生成技术对场景进行拼接，可以适应不同的场景环境并保证拼接的稳定性，增强场景的真实性。所述场景建模单元采用WEBGL 3D绘图协议和JavaScript技术建立场景模型，JavaScript技术是一种具有函数优先的轻量级，解释型或即时编译型的编程语言，通过该技术进行服务器端编程，从而实现场景模型建立，可以免插件体验VR应用，增加用户体验度。所述场景采集单元、场景存储单元、场景建模单元均设置在云服务器上，在云端基于3D数据经过配准后创建三维模型及纹理信息，进一步节省系统成本。所述前端设备为浏览器端的播放器，所述播放器设置在手机端或电脑端上。还包括与前端设备连接的VR穿戴式终端，增加用户沉浸式体验度。
本实施例基于3D实景克隆技术，结合深度视觉技术的专业相机采集三维信息和云服务器的重建、展示技术，在云端基于3D数据经过配准后创建三维模型及纹理信息，得到的模型场景，可以深入空间内部，无死角地通过任何一个角度查看空间，扩充了场景应用范围，不再局限于仅一个360°的场景，增加了用户体验的深入性，可以各角度预览场景和交互操作；一方面可以百分百还原真实场景，另一方面还可以节省近20倍的成本；可以应用于家装领域，测量室内任意两点的距离和位置信息，或直接给用户提供虚拟家具的摆放，以及壁纸和装修等需要的长宽高信息。
实施例三
本实施例在实施例二的基础上，进一步地，所述前端设备为与云服务器连接的移动终端，集成移动终端的操作手势对展示的场景模型进行交互操作，所述移动终端为手机或平板电脑。还包括与前端设备连接的VR穿戴式终端，增加用户沉浸式体验度。
本实施例可使用户能够在移动终端上体验场景应用，包括弹幕标注、关键位置的数据测量、数据展示。比如，显示房间长宽、拓展硬件集成、监测场景的温度值、视频调阅等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，其特征在于，包括：
VR扫描设备：选择多个展示点和衔接点对实景场景进行扫描分析并统一传送给场景采集单元；
场景采集单元：根据VR扫描设备采集的数据，使用三维数据拼接技术拼接出整个完整的场景，并传送场景数据给场景存储单元和场景建模单元；
场景存储单元：对场景数据进行碎片化，按照适配大小进行切片分割，再进行单文件存储；
场景建模单元：建立与真实场景1:1的场景模型，传送场景模型数据给前端设备；
前端设备：配合硬件显卡，使用HTML5 Canvas 3D技术对硬件显卡进行加速，快速加载场景模型数据并进行场景模型展示。
2.根据权利要求1所述的基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，其特征在于：所述VR扫描设备为基于深度视觉技术的相机，采集实景场景的3D数据并进行分析。
3.根据权利要求2所述的基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，其特征在于：所述相机的摄像头为双目视觉摄像头，具有两种摄像头，一种是彩色摄像头，一种是深度摄像头，彩色摄像头采集彩色数据，深度摄像头采集深度数据。
4.根据权利要求1所述的基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，其特征在于：所述场景采集单元中使用的三维数据拼接技术具体为使用动态环境建模和实时三维图形生成技术对场景进行拼接。
5.根据权利要求1所述的基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，其特征在于：所述场景建模单元采用WEBGL 3D绘图协议和JavaScript技术建立场景模型。
6.根据权利要求1所述的基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，其特征在于：所述场景采集单元、场景存储单元、场景建模单元均设置在云服务器上。
7.根据权利要求1所述的基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，其特征在于：所述前端设备为浏览器端的播放器，所述播放器设置在手机端或电脑端上。
8.根据权利要求6所述的基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，其特征在于：所述前端设备为与云服务器连接的移动终端，集成移动终端的操作手势对展示的场景模型进行交互操作，所述移动终端为手机或平板电脑。
9.根据权利要求7或8所述的基于3D实景克隆技术的VR沉浸式应用系统，其特征在于：还包括与前端设备连接的VR穿戴式终端。
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