CN114974042B - 一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法及系统，涉及增强现实技术领域。一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法包括：获取被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值；确定至少一个投影比，根据被投影物体坐标系中的坐标值及投影比来确定投影的各顶点序列；根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线及至少一个投影曲线，来确定被投影物体的表面上的投影。能够使投影图像与被投影物体的表面尺寸保持一致，增强了人们的视觉体验效果。此外本申请还提出了一种使投影投射到物体表面增强现实效果的系统，包括：获取模块、投影比模块及投影模块。

Description

一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法及系统

技术领域

本申请涉及增强现实技术领域，具体而言，涉及一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法及系统。

背景技术

随着生活水平的提高，人们对大屏幕电视的需求越来越多，促进了投影设备的发展，使得投影设备也逐步进入到人们的生活当中、投影设备能够实现比液晶电视更大的屏幕尺寸，带来更为震撼的多媒体娱乐享受。

当前投影设备大多还只能在墙面或者二维的幕布上进行投影，投影设备射出的投影图像一般是二维的矩形区域，如果在一些特殊的三维物体表面，如：球面或者立方体表面投影，则会使得投影图像产生严重的变形，且投影图像会溢出被投影物体表面。然而，在诸如球形、展厅的立柱等被投影物体上覆盖投影图像，以在产品宣传、大型展会等很多领域都有现实的使用需求。

而增强现实(Augmented Reality)技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，增强现实技术也被称为扩增现实，AR增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容，其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟信息内容在真实世界中加以有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验。真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。

发明内容

本申请的目的在于提供一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法，其能够使投影图像与被投影物体的表面尺寸保持一致，增强了人们的视觉体验效果。

本申请的另一目的在于提供一种使投影投射到物体表面增强现实效果的系统，其能够运行一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法，其包括获取被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值；确定至少一个投影比，根据被投影物体坐标系中的坐标值及投影比来确定投影的各顶点序列；根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线及至少一个投影曲线，来确定被投影物体的表面上的投影。

在本申请的一些实施例中，上述获取被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值包括：获取被投影物体所在场景的深度数据，以被投影物体为原点创建被投影物体坐标系。

在本申请的一些实施例中，上述还包括：根据被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值得出对应的透视投影矩阵。

在本申请的一些实施例中，上述确定至少一个投影比，根据被投影物体坐标系中的坐标值及投影比来确定投影的各顶点序列包括：根据被投影物体表面各端点的横纵坐标及至少一个投影比，确定至少一个投影平面。

在本申请的一些实施例中，上述还包括：各顶点序列由各端点的横纵坐标确定，并且各顶点序列的投影由沿投影曲线的横纵坐标确定。

在本申请的一些实施例中，上述根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线及至少一个投影曲线，来确定被投影物体的表面上的投影包括：通过方向梯度直方图特征算法计算出被投影物体表面的各个顶点，并根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线、至少一个投影曲线及被投影物体表面的各个顶点，确定被投影物体的表面上的投影。

在本申请的一些实施例中，上述还包括：通过聚类算法对被投影物体表面的各个顶点进行归类和筛选，滤除各个顶点中的虚假顶点。

第二方面，本申请实施例提供一种使投影投射到物体表面增强现实效果的系统，其包括获取模块，用于获取被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值；

投影比模块，用于确定至少一个投影比，根据被投影物体坐标系中的坐标值及投影比来确定投影的各顶点序列；

投影模块，用于根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线及至少一个投影曲线，来确定被投影物体的表面上的投影。

在本申请的一些实施例中，上述包括：用于存储计算机指令的至少一个存储器；与上述存储器通讯的至少一个处理器，其中当上述至少一个处理器执行上述计算机指令时，上述至少一个处理器使上述系统执行：

第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法中任一项的方法。

相对于现有技术，本申请的实施例至少具有如下优点或有益效果：

将需要显示的图像作为纹理覆盖在三维模型的透视可见区域，再通过投影设备将其投射到真实的被投影图面体上去，从而可以实现投影设备在三维物体上的投影，并且可以使投影图像与被投影物体的表面尺寸保持一致，增强了人们的视觉体验效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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。

图1为本申请实施例提供的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法步骤示意图；

图2为本申请实施例提供的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法详细步骤示意图；

图3为本申请实施例提供的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的系统模块示意图；

图4为本申请实施例提供的一种电子设备。

图标：10-获取模块；20-投影比模块；30-投影模块；101-存储器；102-处理器；103-通信接口。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，术语“包括”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。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

实施例1

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法步骤示意图，其如下所示：

步骤S100，获取被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值；

在一些实施方式中，被投影物体是指任意两点所连的开线段都在它内部的几何体，包括但不限于球形被投影物体和立方体物体。例如：被投影物体可以为某展厅内的立柱。物体坐标系为以被投影物体的质点为原点建立的坐标系，物体坐标系的x轴、y轴、z轴的方向分别与世界坐标系的x轴、y轴、z轴的方向平行。

首先建立物体坐标系，然后对被投影物体的表面用等间距矩形网格划分，在将每个矩形切分成两个被投影物体，使得每个被投影物体位于一个相同的2D平面内(三个点决定一个面)，这样三维被投影物体即可近似成由无数个被投影物体拼接而成，被投影物体上顶点的数量由其包含的被投影物体的顶点数量决定。在确定了被投影物体表面上的顶点数量后，通过测量的方式获取各个顶点在物体坐标系中的坐标值，得到各个顶点在物体坐标系中的相对位置关系。

步骤S110，确定至少一个投影比，根据被投影物体坐标系中的坐标值及投影比来确定投影的各顶点序列；

在一些实施方式中，根据离散点的最大分布求得随机一个被投影物体，被投影物体包含各个顶点中的所有点，将被投影物体放入被投影物体链表中；将各个顶点依次插入，在被投影物体链表中找出其外接圆包含插入点的影响被投影物体，删除影响被投影物体的公共边，将插入点同影响被投影物体的全部顶点连接起来，从而完成一个点在所述被投影物体链表中的插入。根据优化准则对局部新形成的被投影物体进行优化，将形成的被投影物体放入所述被投影物体链表；其中，被投影物体链表中包含的各个被投影物体的顶点即构成被投影物体顶点序列。

步骤S120，根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线及至少一个投影曲线，来确定被投影物体的表面上的投影。

在一些实施方式中，投影图像的分辨率为最大值，对各个顶点的屏幕坐标值进行归一化处理，构成顶点序列；将图像纹理根据顶点序列中的顶点信息覆盖在被投影物体的三维模型表面。投影设备可调用采用opengl渲染工具将图像纹理根据顶点序列中的顶点信息覆盖在被投影物体的三维模型表面。

实施例2

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法详细步骤示意图，其如下所示：

步骤S200，获取被投影物体所在场景的深度数据，以被投影物体为原点创建被投影物体坐标系。

步骤S210，根据被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值得出对应的透视投影矩阵。

步骤S220，根据被投影物体表面各端点的横纵坐标及至少一个投影比，确定至少一个投影平面。

步骤S230，各顶点序列由各端点的横纵坐标确定，并且各顶点序列的投影由沿投影曲线的横纵坐标确定。

步骤S240，通过方向梯度直方图特征算法计算出被投影物体表面的各个顶点，并根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线、至少一个投影曲线及被投影物体表面的各个顶点，确定被投影物体的表面上的投影。

步骤S250，通过聚类算法对被投影物体表面的各个顶点进行归类和筛选，滤除各个顶点中的虚假顶点。

在一些实施方式中，通过HOG方向梯度直方图特征算法查找出被投影物体表面的各个顶点，并获取各个顶点的在世界坐标系中的图像坐标值。通过HOG算法得到的顶点数量可能会大于实际的顶点数，即里面可能存在虚假顶点，因此需要对顶点做归类和筛选，最终得到实际顶点的图像坐标值。优选的，在本实施例中，通过K-MEANS聚类算法来对查找出的被投影物体表面的各个顶点进行归类和筛选，得到最终实际顶点的图像坐标值。

在建立被投影物体的三维模型后，调整三维模型在投影设备内部的观察角度和距离，使之与投影设备和被投影物体之间的角度和距离保持一致。获取三角形顶点序列中各个顶点在视平面坐标系中的屏幕坐标值，根据屏幕坐标值对被投影物体的三维模型进行纹理渲染。其中，视平面坐标系为以投影设备的视平面的中心为原点建立的坐标系。视平面坐标系的x轴指向视平面的右方，视平面坐标系的y轴指向视平面的上方。

实施例3

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的系统模块示意图，其如下所示：

获取模块10，用于获取被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值；

投影比模块20，用于确定至少一个投影比，根据被投影物体坐标系中的坐标值及投影比来确定投影的各顶点序列；

投影模块30，用于根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线及至少一个投影曲线，来确定被投影物体的表面上的投影。

如图4所示，本申请实施例提供一种电子设备，其包括存储器101，用于存储一个或多个程序；处理器102。当一个或多个程序被处理器102执行时，实现如上述第一方面中任一项的方法。

还包括通信接口103，该存储器101、处理器102和通信接口103相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器101可用于存储软件程序及模块，处理器102通过执行存储在存储器101内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。该通信接口103可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。

其中，存储器101可以是但不限于，随机存取存储器101(Random Access Memory，RAM)，只读存储器101(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器101(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器101(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器101(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。

处理器102可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器102可以是通用处理器102，包括中央处理器102(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器102(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器102(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法及系统，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的方法及系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的方法及系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

另一方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器102执行时实现如上述第一方面中任一项的方法。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器101(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器101(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本申请实施例提供的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法及系统，将需要显示的图像作为纹理覆盖在三维模型的透视可见区域，再通过投影设备将其投射到真实的被投影图面体上去，从而可以实现投影设备在三维物体上的投影，并且可以使投影图像与被投影物体的表面尺寸保持一致，增强了人们的视觉体验效果。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法，其特征在于，包括：

获取被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值；

确定至少一个投影比，根据被投影物体坐标系中的坐标值及投影比来确定投影的各顶点序列；

根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线及至少一个投影曲线，来确定被投影物体的表面上的投影。

2.如权利要求1所述的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法，其特征在于，所述获取被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值包括：

获取被投影物体所在场景的深度数据，以被投影物体为原点创建被投影物体坐标系。

3.如权利要求2所述的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法，其特征在于，还包括：

根据被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值得出对应的透视投影矩阵。

4.如权利要求1所述的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法，其特征在于，所述确定至少一个投影比，根据被投影物体坐标系中的坐标值及投影比来确定投影的各顶点序列包括：

根据被投影物体表面各端点的横纵坐标及至少一个投影比，确定至少一个投影平面。

5.如权利要求4所述的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法，其特征在于，还包括：

各顶点序列由各端点的横纵坐标确定，并且各顶点序列的投影由沿投影曲线的横纵坐标确定。

6.如权利要求1所述的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法，其特征在于，所述根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线及至少一个投影曲线，来确定被投影物体的表面上的投影包括：

通过方向梯度直方图特征算法计算出被投影物体表面的各个顶点，并根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线、至少一个投影曲线及被投影物体表面的各个顶点，确定被投影物体的表面上的投影。

7.如权利要求6所述的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的方法，其特征在于，还包括：

通过聚类算法对被投影物体表面的各个顶点进行归类和筛选，滤除各个顶点中的虚假顶点。

8.一种使投影投射到物体表面增强现实效果的系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取被投影物体表面各端点在被投影物体坐标系中的坐标值；

投影比模块，用于确定至少一个投影比，根据被投影物体坐标系中的坐标值及投影比来确定投影的各顶点序列；

投影模块，用于根据投影的各顶点序列、被投影物体的表面与各顶点序列的交线及至少一个投影曲线，来确定被投影物体的表面上的投影。

9.如权利要求8所述的一种使投影投射到物体表面增强现实效果的系统，其特征在于，包括：

用于存储计算机指令的至少一个存储器；

与所述存储器通讯的至少一个处理器，其中当所述至少一个处理器执行所述计算机指令时，所述至少一个处理器使所述系统执行：获取模块、投影比模块及投影模块。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

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