CN113155130A - 一种基于ar的大型室内场所的导航方法及系统 - Google Patents

一种基于ar的大型室内场所的导航方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及定位导航技术领域，具体涉及一种基于AR的大型室内场所的导航方法及系统。该方法包括：生成室内场所对应的三维地图；采集室内场所的特征点；读取实时场景扫描数据，获得三维坐标；读取用户输入的终点，规划导航路线；在用户的终端设备上绘制路线。该导航方法及系统具有易于使用和降低成本的优点，通过事先建立模型和设置特征点，可以完备地保存室内场所的信息，用户在室内活动时，只需打开终端设备的摄像头，即可利用特征点匹配来确定位置，易于操作和使用，相比于指示牌和实物地图更加方便，解决了现有的导航方法存有的局限性较大和成本较高的问题，满足了大型室内场所的导航需要。

Description

一种基于AR的大型室内场所的导航方法及系统
技术领域
本发明涉及定位导航技术领域，具体涉及一种基于AR的大型室内场所的导航方法及系统。
背景技术
定位导航是现代较为成熟的技术，它通过接受卫星信号即可获取当前的地理位置，然后匹配地图数据即可进行导航。由于钢筋混凝土对信号具有很强的屏蔽作用，现有的导航技术在室内经常会丢失信号，即使通过基站等地面设备进行修正，其精度也会明显降低，而很多大型室内场所的结构复杂，室内通道密集交错，低精度的定位实用性较差，难以在室内发挥出导航的作用。
现有的大型室内场所的导航方法主要以指示牌为主，通过在指示牌上印制文字和地点标识，即可指引用户前往目标地点，该方法虽然简明直观，但指示牌由于自身大小的局限性，可展示的内容信息极为有限，只能标注电梯、洗手间、地铁、进出口等重要地点，对于众多的店铺等地点则无法指引，具有较大的局限性；还有的导航方法则是采用了实物地图，在电梯口等位置放置楼层布局介绍，便于用户快速确定自身位置和目标地点，但用户在移动一段距离后容易对当前位置失去判断，因此对于大型的室内场所，需要设置较多的实物地图才能使用户重新确定位置，提高了建设和维护成本，且铺设过多还会占据空间，不便于安排规划室内的通道和建筑，因此需要一种新的大型室内场所的导航方法来解决上述的不足。
发明内容
为了克服上述现有的导航方法存有的局限性较大和成本较高的技术缺陷，本发明提供一种易于使用和降低成本的基于AR的大型室内场所的导航方法及系统。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
本发明所述的一种基于AR的大型室内场所的导航方法，其特征在于，该方法包括：
生成室内场所对应的三维地图；
采集室内场所的特征点；
读取实时场景扫描数据，获得三维坐标；
读取用户输入的终点，规划导航路线；
在用户的终端设备上绘制路线。
所述的生成室内场所对应的三维地图，具体为：生成一个三维直角坐标系，在坐标系中搭建与室内场所对应的三维模型场景，然后将室内场所的位置坐标映射到三维模型场景上。
所述的采集室内场所的特征点，具体为：在室内场所设置多个特征点，采集特征点处的室内场所的形状和颜色等特征，然后将特征点的位置坐标映射到三维模型场景上。
所述的读取实时场景扫描数据，获得三维坐标，具体为：启动用户终端设备的摄像头，提示用户匀速横向移动，实时读取录制的室内场所的视频流，检测并匹配视频流中的特征点，然后利用特征点的位置坐标计算出用户的位置坐标。
所述的读取用户输入的终点，规划导航路线，具体为：读取用户的输入信息，将室内场所中匹配到的对应地点设置为终点，然后以用户的位置坐标为起点，在三维模型场景中规划出室内场所的导航路线。
所述的在用户的终端设备上绘制路线，具体为：对导航路线进行插值处理，获得多个路径点，将路径点进行坐标变换，然后对路径点进行视口变换，获得路径点在屏幕上的渲染坐标，然后利用渲染坐标对路径点进行绘制，覆盖在用户终端设备的视频流上叠加显示。
所述的坐标变换包括：读取路径点的位置坐标，将位置坐标由世界坐标系转换到用户坐标系，然后重新对路径点进行赋值。
所述的视口变换包括：读取路径点的位置坐标，以用户的位置作为观查点，将位置坐标由三维坐标转换到平面坐标，然后重新对路径点进行赋值。
一种基于AR的大型室内场所的导航系统，其特征在于，该系统包括：
建模模块，用于生成室内场所对应的三维地图；
采集模块，用于采集室内场所的特征点；
扫描模块，用于读取实时场景扫描数据，获得三维坐标；
导航模块，用于读取用户输入的终点，规划导航路线；
绘制模块，用于在用户的终端设备上绘制路线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的一种基于AR的大型室内场所的导航方法及系统具有易于使用和降低成本的优点，通过事先建立模型和设置特征点，可以完备地保存室内场所的信息，用户在室内活动时，只需打开终端设备的摄像头，即可利用特征点匹配来确定位置，易于操作和使用，相比于指示牌和实物地图更加方便；另一方面，该申请降低了指示牌和实物地图的物料费用，且后续的维护工作只需对三维模型场景和特征点进行储存和更新即可，降低了维护运营成本，解决了现有的导航方法存有的局限性较大和成本较高的问题，满足了大型室内场所的导航需要。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的方法流程示意图；
图2是本发明的系统结构示意图；
图3是本发明的相机校准原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～图3所示，本发明所述的一种基于AR的大型室内场所的导航方法，其特征在于，该方法包括：
101、生成室内场所对应的三维地图；
所述的生成室内场所对应的三维地图，具体为：生成一个三维直角坐标系，在坐标系中搭建与室内场所对应的三维模型场景，然后将室内场所的位置坐标映射到三维模型场景上，进一步的，该三维模型场景的比例对应于室内场所进行缩放，以使三维模型场景中的虚拟坐标点与室内场所一一对应。
102、采集室内场所的特征点；
所述的采集室内场所的特征点，具体为：在室内场所设置多个特征点，所述的特征点包括但不限于：图案、文字、形状和建筑结构，然后采集特征点处的室内场所的形状和颜色等特征，所述的采集工作包括但不限于几何重构、激光扫描和图像提取，然后将特征点的位置坐标映射到三维模型场景上，使各个特征点具备基准定位的功能，便于后续的导航工作。
103、读取实时场景扫描数据，获得三维坐标；
所述的读取实时场景扫描数据，获得三维坐标，具体为：启动用户终端设备的摄像头，提示用户匀速横向移动，当用户向着一个方向保持运动时，实时读取录制的室内场所的视频流，提取视频流的特征与保存的特征点进行对比，检测并匹配视频流中的特征点，然后查询三维模型场景中的对应信息，获得特征点的位置坐标，同时通过相机校准，计算用户摄像头在录制视频流时的相机焦距，计算出用户的位置坐标。
具体的，如图3所示，所述的相机校准，包含特征点上的参照点位P、参照点位Q、用户位置O1和平移后的位置O2，其中，参照点位Q为位置O2在特征点上的投影，位移向量S为位置O1到位置O2的位移旋转向量，通过读取用户终端设备的加速度传感器，即可计算出位移向量S。
在位置O1和位置O2分别对参照点位P和参照点位Q进行录制时，参照点位P和参照点位Q在成像平面上距离分别为x和y；f为相机焦距，a为参照点位P和参照点位Q的直线距离，b和d为位置O1到参照点位P和参照点位Q的直线距离，c和e为位置O2到参照点位P和参照点位Q的直线距离。
利用三角函数可得等式：
等式1：F1=f1（d,e,S），则e=g1（d,S）；
等式2：F2=f2（b,c,S），则c=g2（d,S）；
等式3：F3=f3（a,b,d），则a=g3（b,d）；
利用相似三角形定律可得等式：
等式4：f/b=x/a；
等式5：f/e=y/a；
利用勾股定理可得等式：
等式6：a2+e2=c2，则g32+g12=g32；
联立等式1～等式6，解多元多次方程，计算得焦距f=F（S），
位移向量S=F’(f),其中，F’为F函数的反函数。
104、读取用户输入的终点，规划导航路线；
所述的读取用户输入的终点，规划导航路线，具体为：读取用户的输入信息，将室内场所中匹配到的对应地点设置为终点，然后以用户的位置坐标为起点，在三维模型场景中规划出室内场所的导航路线。
105、在用户的终端设备上绘制路线。
所述的在用户的终端设备上绘制路线，具体为：对导航路线进行插值处理，获得多个路径点，将路径点进行坐标变换，所述的坐标变换包括：读取路径点的位置坐标，将位置坐标由世界坐标系转换到用户坐标系，然后重新对路径点进行赋值。
然后对路径点进行视口变换，所述的视口变换包括：读取路径点的位置坐标，以用户的位置作为观查点，将位置坐标由三维坐标转换到平面坐标，然后重新对路径点进行赋值。获得路径点在屏幕上的渲染坐标，然后利用渲染坐标对路径点进行绘制，覆盖在用户终端设备的视频流上叠加显示，因此用户在打开摄像头录制时，即可在屏幕上看到实时叠加显示的路线指引，产生AR增强现实的效果，便于用户跟随路线前往目标地点。
一种基于AR的大型室内场所的导航系统，其特征在于，该系统包括：
建模模块1，用于生成室内场所对应的三维地图；
采集模块2，用于采集室内场所的特征点；
扫描模块3，用于读取实时场景扫描数据，获得三维坐标；
导航模块4，用于读取用户输入的终点，规划导航路线；
绘制模块5，用于在用户的终端设备上绘制路线。
该导航方法及系统具有易于使用和降低成本的优点，通过事先建立模型和设置特征点，可以完备地保存室内场所的信息，用户在室内活动时，只需打开终端设备的摄像头，即可利用特征点匹配来确定位置，易于操作和使用，相比于指示牌和实物地图更加方便；另一方面，该申请降低了指示牌和实物地图的物料费用，且后续的维护工作只需对三维模型场景和特征点进行储存和更新即可，降低了维护运营成本，解决了现有的导航方法存有的局限性较大和成本较高的问题，满足了大型室内场所的导航需要。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于AR的大型室内场所的导航方法，其特征在于，该方法包括：
生成室内场所对应的三维地图；
采集室内场所的特征点；
读取实时场景扫描数据，获得三维坐标；
读取用户输入的终点，规划导航路线；
在用户的终端设备上绘制路线。
2.根据权利要求1所述的一种基于AR的大型室内场所的导航方法，其特征在于：所述的生成室内场所对应的三维地图，具体为：生成一个三维直角坐标系，在坐标系中搭建与室内场所对应的三维模型场景，然后将室内场所的位置坐标映射到三维模型场景上。
3.根据权利要求1所述的一种基于AR的大型室内场所的导航方法，其特征在于：所述的采集室内场所的特征点，具体为：在室内场所设置多个特征点，采集特征点处的室内场所的形状和颜色等特征，然后将特征点的位置坐标映射到三维模型场景上。
4.根据权利要求1所述的一种基于AR的大型室内场所的导航方法，其特征在于：所述的读取实时场景扫描数据，获得三维坐标，具体为：启动用户终端设备的摄像头，提示用户匀速横向移动，实时读取录制的室内场所的视频流，检测并匹配视频流中的特征点，然后利用特征点的位置坐标计算出用户的位置坐标。
5.根据权利要求1所述的一种基于AR的大型室内场所的导航方法，其特征在于：所述的读取用户输入的终点，规划导航路线，具体为：读取用户的输入信息，将室内场所中匹配到的对应地点设置为终点，然后以用户的位置坐标为起点，在三维模型场景中规划出室内场所的导航路线。
6.根据权利要求1所述的一种基于AR的大型室内场所的导航方法，其特征在于：所述的在用户的终端设备上绘制路线，具体为：对导航路线进行插值处理，获得多个路径点，将路径点进行坐标变换，然后对路径点进行视口变换，获得路径点在屏幕上的渲染坐标，然后利用渲染坐标对路径点进行绘制，覆盖在用户终端设备的视频流上叠加显示。
7.根据权利要求6所述的一种基于AR的大型室内场所的导航方法，其特征在于：所述的坐标变换包括：读取路径点的位置坐标，将位置坐标由世界坐标系转换到用户坐标系，然后重新对路径点进行赋值。
8.根据权利要求6所述的一种基于AR的大型室内场所的导航方法，其特征在于：所述的视口变换包括：读取路径点的位置坐标，以用户的位置作为观查点，将位置坐标由三维坐标转换到平面坐标，然后重新对路径点进行赋值。
9.一种基于AR的大型室内场所的导航系统，其特征在于，该系统包括：
建模模块，用于生成室内场所对应的三维地图；
采集模块，用于采集室内场所的特征点；
扫描模块，用于读取实时场景扫描数据，获得三维坐标；
导航模块，用于读取用户输入的终点，规划导航路线；
绘制模块，用于在用户的终端设备上绘制路线。
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