CN112558761A - 一种面向移动端的远程虚拟现实交互系统及交互方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向移动端的远程虚拟现实交互系统,包括智能移动设备、给虚拟对象发送交互指令的交互控制器、立体眼镜、云服务器,智能移动设备包括采集交互控制器、立体眼镜以及虚拟对象数据的数据采集模块,视频流中继模块和视频显示模块;数据采集模块将实时采集的数据上传至云服务器,云服务器将上传的数据处理成三维场景图像的视频流传输给视频流中继模块,视频流中继模块将接收的视频流传输至视频显示模块以显示三维场景图像。采用立体眼镜和交互控制器进行虚拟现实交互,无需对移动设备进行固定,可随时随地进行课程教学;在云服务器进行数据处理及三维场景渲染,弥补移动设备硬件性能不足。人机交互自然流畅,满足面向课堂的交互需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种虚拟现实系统,具体涉及一种面向移动端的远程虚拟现实交互系统及其交互方法。
背景技术
在教育领域中,亲身经历、亲身感受比空洞抽象的说教更具说服力,主动地去交互与被动的观看有着质的差别。虚拟现实技术广泛应用于学习情景的创设,增加学习内容的形象性和趣味性,进而实现模拟训练。通过VR进行学习和教育,不仅可以减少现实空间中某些训练操作的困难和危险,更可以使训练造价得到大幅度降低。两者有机地结合使得教育与社会需求之间的差距得以缩小,大大提高了人才培养效率。
同时,结合远程教学,突破时空的限制,提供更多的学习机会,扩大教学规模,提高教学质量,降低教学的成本,使得虚拟现实在教育领域应用更加广泛。
但是,目前虚拟现实教育领域主要使用桌面式虚拟现实系统和头盔式虚拟现实系统作为教学设备。桌面式虚拟现实系统需固定于桌面,头盔式虚拟现实系统佩戴笨重,易头晕,且完全沉浸,与世隔绝。这两种虚拟现实设备都不能满足随时随地的远程教学需求,且个人配备一套设备成本高昂。
现有技术中,如专利CN107621883B公开了一种基于手机终端的虚拟现实系统及人机交互方法,该专利需将手机放入VR眼镜中并固定于用户眼前,通过手指进行交互。但该技术方案存在的问题是设备笨重,易头晕,舒适感较差,且交互方式单一,不灵活,软件配置于移动终端,不能满足面向课堂的远程教学要求。
又如专利CN110809173A公开了一种基于智能手机AR增强现实的虚拟直播方法及系统,该专利通过摄像头采集现实世界图像数据进行处理,获得AR图像显示,再进行推流和传输,实现在手机终端进行AR虚拟直播。该技术方案存在的问题是只能进行AR图像显示,缺乏人机交互功能,大大降低了用户学习的参与性,降低了用户主动学习的热情。
发明内容
发明目的:针对以上缺点,本发明提供一种便捷、高性能的面向移动端的远程虚拟现实交互系统。
本发明还提供一种面向移动端的远程虚拟现实交互系统的交互方法。
技术方案:为解决上述问题,本发明采用一种面向移动端的远程虚拟现实交互系统,包括智能移动设备、给虚拟对象发送交互指令的交互控制器、立体眼镜、云服务器,所述智能移动设备包括数据采集模块、视频流中继模块、视频显示模块,所述数据采集模块用于实时采集交互控制器、立体眼镜以及虚拟对象的数据,并将实时采集的数据上传至云服务器,所述云服务器用于将数据采集模块上传的数据处理成三维场景图像的视频流传输给视频流中继模块,所述视频流中继模块用于将接收的视频流传输至视频显示模块,所述视频显示模块用于显示云服务器渲染的三维场景图像,用户通过所述立体眼镜将视频显示模块显示的虚拟三维场景图像立体化。
进一步的,采用5G网络实现所述数据采集模块的数据上传和云服务器的视频流传输。
进一步的,所述云服务器包括场景渲染模块和数据管理模块,所述场景渲染模块用于根据数据采集模块上传的数据实时渲染三维场景图像,所述数据管理模块用于管理和存储用户信息及模型数据。
进一步的,所述智能移动设备还包括方向校准模块,所述方向校准模块用于校准虚拟现实显示界面的坐标。
进一步的,所述数据采集模块包括若干红外摄像头,所述立体眼镜设置若干反射红外线的跟踪点,红外摄像头跟踪立体眼镜的位置数据。
进一步的,所述交互控制器采用多自由度无线交互笔,所述多自由度无线交互笔笔端设有激光感应接收器,所述激光感应接收器接收红外摄像头发射的光束从而得出多自由度无线交互笔的位置和方向数据。
进一步的,所述交互控制器设置若干交互按键,交互按键包括抓取按键、缩放按键。
进一步的,所述交互控制器与数据采集模块之间通过蓝牙进行数据传输。
有益效果:本发明相对于现有技术,其显著优点是采用立体眼镜和交互控制器进行虚拟现实交互,无需对移动设备进行固定,可随时随地进行课程教学;在云服务器进行数据处理及三维场景渲染,弥补移动设备硬件性能不足。同时,利用5G技术实现指令的快速响应。人机交互自然流畅,满足面向课堂的交互需求。
本发明提供上述交互系统的交互方法,包括以下步骤:
(1)启动智能移动设备以及交互控制器;
(2)交互控制器与智能移动设备配对连接,佩戴立体眼镜;
(3)访问云服务器的虚拟现在应用程序;
(4)云服务器渲染三维场景图像;
(5)智能移动设备显示渲染后的三维场景图像;
(6)交互控制器向虚拟对象发送交互指令。
进一步的,所述交互控制器设置若干交互按键,包括抓取按键和缩放按键,所述步骤(6)包括以下内容:
交互控制器接近智能移动设备,移动交互控制器,当交互控制器与虚拟对象交互时,虚拟对象高亮显示;此时,对零件进行抓取交互或者缩放交互:
对零件进行抓取交互,长按抓取按键抓取虚拟对象,通过移动或旋转交互控制器对虚拟对象进行移动或旋转,松开抓取按键结束抓取;
对零件进行缩放交互,长按缩放按键,通过移动交互控制器对虚拟对象进行缩放,松开缩放按键结束缩放。
附图说明
图1所示为本发明交互系统的结构框图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示,本实施例中一种面向移动端的远程虚拟现实交互系统,包括智能移动设备、给虚拟对象发送交互指令的交互控制器、立体眼镜、云服务器,智能移动设备采集交互控制器和立体眼镜的数据,然后上传给云服务器处理,云服务器根据上传的数据渲染三维场景图像,然后将渲染的图像传输给智能移动设备显示,交互控制器再对三维场景图像进行交互。交互控制器采用多自由度无线交互笔(例如六自由度无线交互笔),多自由度无线交互笔设置若干交互按键,包括设置于多自由度无线交互笔下方的抓取按键和设置于多自由度无线交互笔上方的缩放按键。使用5G网络实时传输交互数据和视频流,大大提升传输效率,实现指令快速响应,图像高精度显示。
智能移动设备包括数据采集模块、视频流中继模块、视频显示模块、方向校准模块,数据采集模块包括多个前置红外摄像头,数据采集模块通过前置红外摄像头实时跟踪多自由度无线交互笔和立体眼镜,红外摄像头安装于显示屏顶端,以自身为原点,用于检测立体眼镜和多自由度无线交互笔在空间中的位置及朝向。
立体眼镜设置若干反射红外线的跟踪点,智能移动设备通过红外摄像头定位跟踪点从而跟踪用户头部的运动,渲染的三维场景图像根据用户头部运动自适应变换视差图像,使得图像保持真实度。多自由度无线交互笔设有激光感应接收器,通过计算红外摄像头发射的光束到达笔端的角度差,解算出多自由度无线交互笔的空间坐标;数据采集模块还采集虚拟对象的数据,并将实时采集到的立体眼镜、多自由度无线交互笔和虚拟对象的数据上传至云服务器。
云服务器包括场景渲染模块和数据管理模块,数据管理模块用于管理和存储用户信息及模型数据等,场景渲染模块根据数据采集模块上传的数据实时渲染三维场景图像,且三维场景图像通过H264视频压缩算法压缩成视频流传输给视频流中继模块,视频流中继模块将接收的视频流传输至视频显示模块,视频显示模块显示云服务器渲染的三维场景图像,视屏显示模块包括2D显示模式和3D显示模式,日常使用时智能移动设备设置为2D显示模式;需要进行虚拟交互课程教学时,智能移动设备设置为3D显示模式。
用户通过立体眼镜将视频显示模块显示的虚拟三维场景图像立体化,然后使用多自由度无线交互笔通过蓝牙与数据采集模块进行数据传输,对三维场景图像中的虚拟对象进行交互。在本实施例中,云服务器中配备有虚拟装配应用,用户通过多自由度无线交互笔的交互按键进行零件装配实训。
方向校准模块包括陀螺仪、重力加速度传感器,用于校准虚拟现实显示界面的坐标。
实施例二
上述实施例中一种面向移动端的远程虚拟现实交互系统的交互方法,包括以下内容:
在本实施例中,智能移动设备采用智能手机,交互方法包括以下步骤:
(1)启动智能手机,在智能手机显示设置中选择3D显示模式;
(2)启动多自由度无线交互笔;
(3)多自由度无线交互笔与智能手机通过蓝牙配对连接;若连接成功,多自由度无线交互笔闪烁绿光,若未连接成功,多自由度无线交互笔闪烁红光;
(4)多自由度无线交互笔与智能手机配对连接成功后,用户佩戴立体眼镜;
(5)打开网站访问云服务器端配置的虚拟装配应用;
(6)智能手机显示云服务器传输的三维场景图像,用户通过多自由度无线交互笔与三维场景图像中的零件交互;
(7)将多自由度无线交互笔靠近智能手机的显示屏,移动多自由度无线交互笔,当多自由度无线交互笔与零件交互时,零件高亮显示,此时,对零件进行抓取交互或者缩放交互:
(7.1)对零件进行抓取交互,长按设置于多自由度无线交互笔最下方的抓取按键,抓取零件然后进行移动或者旋转,用户可以多方位观察零件结构;松开抓取按键,结束对零件的抓取;
(7.2)对零件进行缩放交互,长按设置于多自由度无线交互笔左上方的缩放按键,并将多自由度无线交互笔沿垂直于智能手机显示屏方向移动,对零件进行缩放;松开缩放按键,结束对零件的缩放;
(8)通过多自由度无线交互笔按零件的装配顺序对零件进行抓取、移动交互,并将零件放至正确区域,松开抓取按键,零件自动装配。
通过上述步骤,对每个零件进行装配交互,实现零件装配的实训。
Claims (10)
1.一种面向移动端的远程虚拟现实交互系统,其特征在于,包括智能移动设备、给虚拟对象发送交互指令的交互控制器、立体眼镜、云服务器,所述智能移动设备包括数据采集模块、视频流中继模块、视频显示模块,所述数据采集模块用于实时采集交互控制器、立体眼镜以及虚拟对象的数据,并将实时采集的数据上传至云服务器,所述云服务器用于将数据采集模块上传的数据处理成三维场景图像的视频流传输给视频流中继模块,所述视频流中继模块用于将接收的视频流传输至视频显示模块,所述视频显示模块用于显示云服务器渲染的三维场景图像,用户通过所述立体眼镜将视频显示模块显示的虚拟三维场景图像立体化。
2.根据权利要求1所述的虚拟现实交互系统,其特征在于,采用5G网络实现所述数据采集模块的数据上传和云服务器的视频流传输。
3.根据权利要求1或2所述的虚拟现实交互系统,其特征在于,所述云服务器包括场景渲染模块和数据管理模块,所述场景渲染模块用于根据数据采集模块上传的数据实时渲染三维场景图像,所述数据管理模块用于管理和存储用户信息及模型数据。
4.根据权利要求1所述的虚拟现实交互系统,其特征在于,所述智能移动设备还包括方向校准模块,所述方向校准模块用于校准虚拟现实显示界面的坐标。
5.根据权利要求1所述的虚拟现实交互系统,其特征在于,所述数据采集模块包括若干红外摄像头,所述立体眼镜设置若干反射红外线的跟踪点,红外摄像头跟踪立体眼镜的位置数据。
6.根据权利要求5所述的虚拟现实交互系统,其特征在于,所述交互控制器采用多自由度无线交互笔,所述多自由度无线交互笔笔端设有激光感应接收器,所述激光感应接收器接收红外摄像头发射的光束从而得出多自由度无线交互笔的位置和方向数据。
7.根据权利要求6所述的虚拟现实交互系统,其特征在于,所述交互控制器设置若干交互按键,交互按键包括抓取按键、缩放按键。
8.根据权利要求7所述的远程监测系统,其特征在于,所述交互控制器与数据采集模块之间通过蓝牙进行数据传输。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的远程监测系统的交互方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)启动智能移动设备以及交互控制器;
(2)交互控制器与智能移动设备配对连接,佩戴立体眼镜;
(3)访问云服务器端的虚拟现实应用程序;
(4)云服务器渲染三维场景图像;
(5)智能移动设备显示渲染后的三维场景图像;
(6)通过交互控制器向虚拟对象发送交互指令。
10.根据权利要求9所述的交互方法,其特征在于,所述交互控制器设置若干交互按键,包括抓取按键和缩放按键,所述步骤(6)包括以下内容:
交互控制器接近智能移动设备,移动交互控制器,当交互控制器与虚拟对象交互时,虚拟对象高亮显示;此时,对零件进行抓取交互或者缩放交互:
对零件进行抓取交互,长按抓取按键抓取虚拟对象,通过移动或旋转交互控制器对虚拟对象进行移动或旋转,松开抓取按键结束抓取;
对零件进行缩放交互,长按缩放按键,通过移动交互控制器对虚拟对象进行缩放,松开缩放按键结束缩放。
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