CN111784846A - 一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，包括：建立遗址古建筑虚拟数字模型数据库,该数据库存储古建筑虚拟三维数字模型；建立现场实地环境数字化场景数据库，该数据库存储数字化现场实地环境的三维数字模型；该方法包括混合现实技术处理子系统，运用混合现实技术将现场实地环境数字化场景和遗址古建筑虚拟数字模型相互匹配；一信息交互子系统，通过传感器和指令实现信息交互，根据使用者的视野和距离变化调用数据库对应三维数字模型至输出设备；输出设备根据使用者的视野和距离变化,在现场展现古建筑的三维复原的虚实共现的景象。由于本方法中设置遗址古建筑虚拟数字模型数据库，其可对当下已经消失的古建筑进行重现；由于本方法中设置现场实地环境数字化场景数据库，使用者可在现场，实地观看古建筑的三维复原的虚实共现的景象。

Description

一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法

技术领域

本发明涉及一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法。

背景技术

古建筑作为对历史的见证，它是其所处时代的人文风貌、地域特征的反映，是社会精神状态、物质状态的折射；然而许多建筑因为年代久远，由于自然或人为原因遭到毁坏，如今只留下遗址。对于古建筑的呈现、特别是在现场重现古建筑风貌对当代人了解那个时代的历史文化有很重要价值。但是，许多遗址场地原有的建筑在当下无法实现在现场的真实复原，主要原因有以下两点：（1）按照《中华人民共和国文物法》的规定，不可移动文物已经全部毁坏的，应当实施遗址保护，不得在原址重建。（2）实地真实重建古建筑必定会耗费大量人力物力财力，但复原所用材料为现代材料，古建筑本身的历史文化无法凭借现代材料和建造方式重现，这种复原方式意义不大。之前，为解决人们参观古建筑了解历史文化与古建筑遗址保护之间的矛盾，数字虚拟重建技术开始被人们采用。

如：中国专利CN110544425A号公开了一种古建筑VR展示系统，在该技术方案中，运用虚拟现实技术，通过无人机上安装的航拍摄像头将户外的古建筑在古建筑附近的实体样板大型室内场地的古建筑展示沙盘上进行三维展示。但其存在以下不足：（1）该系统只能应用于现存古建筑的展示，而对于当下已经消失的古建筑无法进行重现（2）该系统只能实现在室内场景中的古建筑全虚拟展示，而不能实现在现场的虚实共现，这会影响游客游览体验。

又如，中国专利CN109040595A号公开了一种基于AR的历史全景处理方法、装置、设备及存储介质，在该技术方案中，运用增强现实技术，对所处理的历史全景信息和当前采集获取的预览画面进行融合处理，并显示融合之后的内容，该技术实现了在现场借助设备观看到该位置的历史场景信息与现实场景信息融合后的图像，但仍存在以下不足：（1）数据库中必须要有该位置的历史全景信息的照片，而对于那些在拍摄历史全景信息之前就消失的建筑无法做到复原和重现（2）无法做到使用者与该系统间的信息交互，又因呈现的是二维图像，历史场景的画面不能随着使用者的视野及距离变化而改变三维显示的大小与角度。

再如，中国专利CN108388351A号公开了一种混合现实体验系统，在该技术方案中，运用混合现实技术，并将显示设备设计成独立的立体显示设备；通过在现实场景呈现虚拟场景信息，以增强用户体验的真实感。但仍存在以下不足：（1）该方案只提供了混合现实技术的大致描述，本领域技术人员无法实现，（2）该方案对于环境信息以及用户的动作信息的捕捉是利用摄像头采集的，精确度和实时性不够，影响了使用者体验的真实感。

发明内容

本发明目的在于：提供一种可实现现场与古建筑虚实共现，用户与系统之间可实现具有信息交互的虚实共现古建筑的方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，其特征在于：该方法包括：建立遗址古建筑虚拟数字模型数据库,该数据库存储古建筑虚拟三维数字模型；建立现场实地环境数字化场景数据库，该数据库存储数字化现场实地环境的三维数字模型；该方法包括混合现实技术处理子系统，运用混合现实技术将现场实地环境数字化场景和遗址古建筑虚拟数字模型相互匹配；一信息交互子系统，通过传感器和指令实现信息交互，根据使用者的视野和距离变化调用数据库对应三维数字模型至输出设备；输出设备根据使用者的视野和距离变化,在现场展现古建筑的三维复原的虚实共现的景象。

本发明的优点在于：由于本方法中设置遗址古建筑虚拟数字模型数据库，其可对当下已经消失的古建筑进行重现；由于本方法中设置现场实地环境数字化场景数据库，使用者可在现场，实地观看古建筑的三维复原的虚实共现的景象。由于本方法中设有信息交互子系统，根据使用者的视野和距离变化,输出设备中遗址场景的画面随着使用者位置的变化而改变三维显示的大小与角度，在现场展现古建筑的三维复原的虚实共现的景象，增强使用者体验的真实感。

在本发明中，所述的遗址古建筑虚拟数字模型数据库包含的720度全息遗址古建筑,其由人工智能技术建立，先将遗址所属年代的建筑基本特征和常用构件的模型库导入计算机进行机器学习，再将古画中所体现的遗址处原有古建筑的平面图导入计算机，运用人工智能识别古画中建筑规格与样式，调用常用构件模型库内构件与样式进行计算机快速模拟组装。其可实现对于已经消失的古建筑的智能高效化建模，大大提高建模效率。

在本发明中，所述的古画是指过往书画作品，该书画作品对遗址进行了描绘并被保存。利用存留的古画对遗址古建筑进行复原，利于对更多古建筑进行复原。

在本发明中，所述的现场实地环境数字化场景数据库是通过摄影技术获取现场实地图像，再将实地图像数字化建立数据库。其将实地景象数字化，使得虚拟复原建筑和现实环境更加完美地融合。

在本发明中，所述的信息交互子系统通过传感器，运用眼动追踪、视角识别、定点测距技术，判断人眼凝视位置、三维成像透视角度、使用者与成像应处实地位置点间的距离信息，确定输出成像及成像的大小、角度及透视状态。通过传感器进行使用者和系统的实时信息交互，从而实时调整输出的图像大小、角度等数据，使得使用者不是只能在某一定点看到虚实共现的景象，而是在各远近方位均可看到混合现实技术下虚实共现的景象，增强用户体验感。

在本发明中，所述的混合现实技术处理子系统用于接收信息交互子系统发出的指令，通过混合现实技术将现场实地环境数字化场景与遗址古建筑虚拟数字模型进行匹配，并实时输出。可使虚拟复原建筑和现实环境更加完美地融合。

在本发明中，所述的输出设备采用头戴式显示器或手持式显示器，实时输出混合现实的图像。

在本发明中，所述的传感器包括：眼动追踪传感器、视角识别传感器、定点测距传感器。上述各种传感器可根据使用者的动作作出反应，并输入信息交互子系统，根据相关动作输出设备输出相应景象，增强用户体验感。

在本发明中，所述的传感器安装在输出设备上。整个设备小巧便携，适合使用者在户外现场携带参观。

附图说明

图1是本发明实施例的结构图

图2是本发明实施例的流程图

具体实施方式

图1、图2给出了本发明的实施例。本实施例通过阐述运用该技术方案虚实共现清朝咸丰年间被烧毁的清西湖行宫遗址古建筑群，展示基于混合现实技术的虚实共现现场古建筑（群）的途径和方法。本实施例的基于混合现实技术虚实共现清西湖行宫古建筑群的途径和方法包括720度全息清西湖行宫建筑群虚拟数字模型数据库1、清西湖行宫古建筑遗址实地环境数字化场景数据库2、混合现实技术处理子系统3、信息交互子系统4、输出设备5和使用者6。在本实施例中，720度全息清西湖行宫建筑群虚拟数字模型数据库是通过人工智能技术建立的，因为清康熙乾隆时期皇家行宫建筑具有比较鲜明的特点。例如，建筑构件方面：将梁、柱、檩的直接结合，减少了斗拱这个中间层次的作用。建筑装饰图案设计方面：全画龙图案的为金龙和玺彩画，一般应用在宫殿中轴的主要建筑之上；龙凤图案相间的龙凤和玺彩画，一般画在皇帝与皇后皇妃们居住的寝宫建筑上。建筑装饰绘画色彩方面：建筑彩画已趋规范，以和玺彩画为例，构图时，在梁、枋各部位都用曲折线分成段，其他主要线条一律沥粉贴金，金线一侧衬白粉线或者同时加晕。依据这些建筑构件和图案样式特点，可以先将清代皇家行宫建筑常用构件和图案样式的模型库7导入计算机9进行机器学习，经训练后，生成清代皇家行宫建筑常用构件和图案样式的选择模型。同时，现存有清西湖行宫全景图，图中对于行宫古建筑的规格和造型进行了简单描绘。将古画中的清西湖行宫建筑平面图8导入计算机9，运用人工智能技术识别古画中建筑规格与样式，调用常用构件模型库中构件与样式进行智能高效化古建筑三维建模10。之后经过建筑专业工作者11对于计算机生成初步模型的精修，建立720度全息清西湖行宫建筑群虚拟数字模型数据库1。

在本实施例中，清西湖行宫古建筑遗址实地环境数字化场景数据库，通过全景摄影技术实时获取清西湖行宫遗址实地全景图像，再经过将实地景象数字化实时建立数据库。

在本实施例中，信息交互子系统4通过传感器A11，采用眼动追踪等定位技术12，由信息接收器A13获得使用者6眼球凝视位置等定位信息，从而判断凝视位置14，判断输出图像及角度。通过头部传感器等类型的传感器B15，采用视角识别技术16，由信息接收器B17获得使用者6视线俯仰角度，从而判断三维成像的透视角度18，调整输出图像的透视变形。通过传感器C19，采用定点测距技术20，由信息接收器C21获得使用者6所在地点与目光凝视目标地点之间的距离，从而判断使用者与成像位置的距离22，从而调整输出成像的大小，提高数字化现实和虚拟数字画面共现的和谐感。

在本实施例中，混合现实技术处理子系统3，接收信息交互子系统4发出的图像信息的指令，通过混合现实技术将清西湖行宫古建筑遗址实地环境数字化场景与720度全息清西湖行宫建筑群虚拟数字模型进行融合，并实时输出。

在本实施例中，输出设备5，可采用头戴式显示器或手持式显示器，各传感器也可安装于该设备上，整个设备小巧便携，适合使用者在户外现场携带参观。输出设备5实时输出混合现实的图像，使用者6可以在与目光凝视几乎同步的时刻观看到清西湖行宫古建筑三维复原以及与现场环境虚实共现的景象。

以上实施例仅是本发明的个案，例如清西湖行宫、圆明园、南京明故宫等历史遗迹现均只留存遗址场地而古建筑均没有能力也不允许在原址处实地重建；从以上实施例可知，任何根据本发明精神所作的替换，对于现场建筑的复原与虚实共现均应理解为未脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，其特征在于：该方法包括：建立遗址古建筑虚拟数字模型数据库,该数据库存储古建筑虚拟三维数字模型；建立现场实地环境数字化场景数据库，该数据库存储数字化现场实地环境的三维数字模型；

该方法包括混合现实技术处理子系统，运用混合现实技术将现场实地环境数字化场景和遗址古建筑虚拟数字模型相互匹配；一信息交互子系统，通过传感器和指令实现信息交互，根据使用者的视野和距离变化调用数据库对应三维数字模型至输出设备；输出设备根据使用者的视野和距离变化,在现场展现古建筑的三维复原的虚实共现的景象。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，其特征在于：所述的遗址古建筑虚拟数字模型数据库包含的720度全息遗址古建筑,其由人工智能技术建立，先将遗址所属年代的建筑基本特征和常用构件的模型库导入计算机进行机器学习，再将古画中所体现的遗址处原有古建筑的平面图导入计算机，运用人工智能识别古画中建筑规格与样式，调用常用构件模型库内构件与样式进行计算机快速模拟组装。

3.根据权利要求2所述的一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，其特征在于：所述的古画是指过往书画作品，该书画作品对遗址进行了描绘并被保存。

4.根据权利要求1所述的一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，其特征在于：所述的现场实地环境数字化场景数据库是通过摄影技术获取现场实地图像，再将实地图像数字化建立数据库。

5.根据权利要求1所述的一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，其特征在于：所述的信息交互子系统通过传感器，运用眼动追踪、视角识别、定点测距技术，判断人眼凝视位置、三维成像透视角度、使用者与成像应处实地位置点间的距离信息，确定输出成像及成像的大小、角度及透视状态。

6.根据权利要求1所述的一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，其特征在于：所述的混合现实技术处理子系统用于接收信息交互子系统发出的指令，通过混合现实技术将现场实地环境数字化场景与遗址古建筑虚拟数字模型进行匹配，并实时输出。

7.根据权利要求1所述的一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，其特征在于：所述的输出设备采用头戴式显示器或手持式显示器，实时输出混合现实的图像。

8.根据权利要求7所述的一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，其特征在于：所述的传感器包括：眼动追踪传感器、视角识别传感器、定点测距传感器。

9.根据权利要求8所述的一种基于混合现实技术的虚实共现古建筑的方法，其特征在于：所述的传感器安装在输出设备上。

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