CN116105756A - 在线实景导航系统、方法和移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线实景导航系统,包括服务器端和移动终端,移动终端向服务器端发出导航请求,服务器端接收移动终端发送的导航请求后,根据移动终端导航请求中的路线的起点和终点,计算出优选路线,生成与该路线对应的全景视频片段,将该全景视频片段下发至所述移动终端。所述服务器端根据接收的导航请求中包括的移动终端的定位数据,结合电子地图,确定所述地点的位置。所述服务器端包括编辑模块,该模块将实拍的全景视频、位置数据与全景视频场景中的路线进行映射,同时生成用于优化路线计算的无向带权图。

Description

在线实景导航系统、方法和移动终端
技术领域
本发明属于定位导航技术领域,特别涉及一种在线实景导航系统、方法和移动终端。
背景技术
设想一个经常遇到的场景,当我们走进一个不熟悉的商场,或者来到一个不熟悉的地下停车库寻找自己的车子,因为商场或者停车库的路线和布局各不相同,很容易让人迷失方向,七拐八绕花费大量的时间才能找到目的地。
为了解决目的地路线导航,已经有基于不同技术原理的导航系统,最常见的是基于卫星的导航系统,譬如基于GPS信号并且结合地图数据的导航系统。由于GPS信号在城市密集的楼宇和高架道路的环境中,容易受到遮蔽,造成位置数据的丢失,使得在城市中,尤其遇到室内的情况,譬如地下停车库,无法实现定位和导航。
为了解决上述问题,已经有了一些解决方案。例如,可以通过虚拟建模,建立一个和现实场景差不多一致的虚拟空间,在虚拟空间中指引人找到自己想去的目的地。当然,虚拟建模的成本一般是比较高的,开发周期较长,维护也不方便。除了虚拟建模,通过实景导航也是目前电子地图导航中被较多关注的方式。
发明内容
本发明实施例之一,一种基于实拍全景视频的在线实景导航系统,该系统包括服务器端和移动终端。移动终端向服务器端发出导航请求,服务器端接收移动终端发送的导航请求后,根据移动终端导航请求中的路线的起点和终点,计算出优选路线,生成与该路线对应的全景视频片段,将该全景视频片段下发至所述移动终端。服务器端根据接收的导航请求中包括的移动终端的定位数据,结合电子地图,确定所述地点的位置。
所述服务器端包括编辑模块、导航模块、云渲染模块。
编辑模块,该模块将实拍的全景视频、位置数据与全景视频场景中的路线进行映射,同时生成用于优化路线计算的无向带权图。
导航模块,该模块根据移动终端的位置数据,通过迪杰斯特拉算法,计算当前位置到路线中所有其它节点的最短路径,拼接生成对应这个最短路径的全景视频。
云渲染模块,将全景视频进行视频压缩,然后推流到移动终端。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述,本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中,以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式,其中:
图1根据本发明实施例之一的在线实景导航界面显示示例。
图2根据本发明实施例之一的无向带权图示意图。
图3根据本发明实施例之一的迪杰斯特拉算法示意图。
图4根据本发明实施例之一的整体框架图示意图。
图5根据本发明实施例之一的编辑模块流程示意图。
图6根据本发明实施例之一的导航模块示意图。
图7根据本发明实施例之一的云渲染模块示意图。
具体实施方式
有一种实景导航的实现方案,是通过全景图的形式来实现的。因为理论上来说,如果有足够多的图片,也能实现全景视频的郊果。当1秒钟连续播放24张图片,相当于1秒钟内播放24帧视频的郊果。这种方式用多张图片实现了全景视频的效果。考虑存储和传输带宽,图片都要进行压缩。在全景图的方案中,对于导航场景图像,图像采集装置在拍摄图像时,采用间隔一定的距离,一米或几米,或者移动一定的角度采集一张全景图。图像采集装置具体间隔多远采集一张,根据场景的大小来确定。
对导航场景进行拍摄之后,存在服务器上面的全景视频都是h.265编码压缩的。当拍摄一段1分钟的视频,每秒30帧,这段视频存储的内容相当于60*30=1800张图片存储的内容。如果用视频存这些内容需要100MB的空间,但如果用图片来存同样多的内容,就需要10GB。这样对于图片连续显示就需要消耗更多的资源。通常,导航场景视频,譬如h.265的视频流压缩比是图片压缩比的50~300倍左右。
通常受制于存储,在用离散比较开的点组成。当它要指引人往前走的时候,前一个点的图像和后一点的图像通过渐隐渐入方式,让画面看起来稍显平顺。
另外,对于全景图的方案,可以采用在移动终端,包括手机终端上完成。主要原因是云渲染技术要求比较高,对服务器的要求会比较高。再加上如果全景图花大力气用云渲染,除了可以降低对移动端手机的配置需求,并不能对整个方案有大的提升。每次导航都会把路线的所有数据下载到手机缓冲区。以8k的全景图为例,一张8k的图片,就占有10M左右的存储。在生成路线时,需要一定的时间用来加载场景中的全景图放到手机终端存储缓冲区。
通过研究商场内、或者地下停车库等这些场景的特点,可以发现这些场景的特点是整个结构比较相似,路线比较繁杂,如果对这个场景不熟悉的人,很容易迷失方向,在场景里面转圈。再加上这些场景要不就是GPS没有信号,要不就是场景是有楼层的,现有的GPS定位导航系统无法满足需要。
根据一个或者多个实施例,一种基于实拍全景视频的在线实景导航系统的实现。实现的方法包括,把一个楼层当作一个场景,将每,通过全景相机,对场景中所有的路线进行实拍。然后利用工具在场景的俯视图中,将整个路线映射到拍摄好的全景视频中。如图1所示是在线实景导航系统编辑工具截图,在这个工具里面去对场景的俯视图去编辑路线和绑定节点的信息。因为在一个场景中,为了更好的分解路线,需要的节点可能会很多,如果所有的节点都可以让用户来选择当作目的地,会影响用户的体验感,所以我们将一些节点定义为路口,一些节点定义为热点,只有定义为热点的节点,用户在导航系统中才能当作导航的目的地。
如果以人眼睛为例,普通的视频,相当于将眼睛看到的内容保存到一个面上,而全景视频是将眼睛看到的,还有眼睛外看不到的内容保存到一个球的贴图上面。当把全景视频贴到一个球的模型上面,然后在球中心放置一个相机,它可以让人感觉在一个真实的场景中一样,通过转到相机的角度,就可以上下左右360度全方位的查看场景中的内容。所以在用全景视频来做导航的时候,可以根据眼睛看到的实际场景和导航中的全景视频画面进行全方位的比较,轻松找到正确的方位。
虽然可以通过转动全景视频视角,查看任意一个方位的内容,但由于目前全景视频的分辨率是8k,手机上显示的画面能基本在2k的分辨率。全景视频超高的分辨率,使得90%以上的手机的硬件性能无法支持播放这样的视频。
作为导航系统,为了使得包括手机在内的移动终端能够轻松接入使用,对手机的硬件要求不可能太高。为此,本实施例把视频的解码工作放到服务器上,解出来的8k数据,直接通过网络传到手机端。同时,由于网络带宽可能存在限制,本发明实施例采用云渲染的方式,将8k的全景视频在服务端解码。解码是对视频图像数据的解压缩,还原数据的内容,渲染是只显示用户看到的全景内容中的一部分内容。全景渲染在云端进行,服务器将渲染后的2k画面进行视频编码,再通过网络传到手机端解码播放。这样也能保证云渲染过程的低延时,能够随时响应用户在导航过程中随时拖拉、改变路线,提前查看路线的内容,旋转视角,查看多个角度方位的全景视频内容。在这里,采用实时渲染,是因为图像或视频并不是直接存储原始数据,因为原始数据都太大,比如jpg图片它就是用JPEG的压缩算法,视频目前大多用h.265,h.264的算法来压缩,压缩的过程就是编码。当需要在移动终端显示器上显示的时候,需要将压缩的内容,解码成原始的数据。对于全景图,人眼直接看它是变形的,正常看是需要将图片帖在一个球上面。在球的中心点去看,这个球的内容就还原成一个三维的空间,人的眼睛在这个三维的空间只能看到其中的一部分,而这部分就是最后要渲染的内容。
在本发明实施例中,使用WebRTC的方案,WebRTC是Google免费开源的项目,其目的是为浏览器和移动应用程序提供实时通信(RTC)功能。可以理解为,WebRTC就是一套浏览器的JavaScript API,通过这套API,可以快速实现浏览器之间的实时音视频通讯、数据传输功能。WebRTC有低延时、流量更少、性能好这些优点。
根据一个或者多个实施例,一种在线实景导航系统。该系统包括三个模块,分别是编辑模块、导航模块和云渲染模块。
编辑模块,主要是将实拍的全景视频以及GPS信息和场景中的路线进行映射。生成方便进行最短路径计算的无向带权图。
导航模块,根据GPS获取用户在场景中的实时位置,或在没有GPS的场景中,利用二维码获取用户的当前位置。通过迪杰斯特拉算法,计算当前位置到路线中所有其它节点的最短路径。从而可以拼接出一段对应这个最短路径的全景视频。
云渲染模块,利用NVIDIA的显卡对全景影片进行解码,将解码的内容在全景播放器中显示,最后将最终显示的内容进行视频压缩,然后通过WebRTC推流到用户的手机上显示。图4就是本发明实施例系统的实现步骤示意图图。根据图4所示,一种在线实景导航方法,包括步骤,
S401,实拍场景所有路线的全景视频,通过节点将路线和全景视频进行映射;S402,根据用户的起点和终点,计算最短路径,并生成与之对应的全景视频片段;
S403,接收用户的操作,在服务端解码、渲染、编码再利用WebRTC传输到手机上解码显示。
下面将详细介绍三个模块具体流程。
如图5所示,是本实施例中编辑模块的流程示意图。编辑模块的执行步骤包括,
S501,实拍场景所有路径的全景视频并记录路径相关的GPS信息;
S502,在场景的俯视图中添加节点分割路径,并设置节点的视频帧信息及GPS信息;
S503,利用节点之间的距离自动生成权值;
S504,节点、路径、权值三者生成一个无向带权图保存到服务器。
具体来说,首先以恒定的速度拍摄场景中的所有路线。这个速度可以根据实质场景的大小选择不同的工具来决定,比如全部步行拍摄,或者利用平衡车等各种工具,以匀速的方式拍摄。之所以用匀速,这样就可以在下一步中,通过两个节点对应视频的帧数,计算出两个节点之间路径的权值。同时如果这个场景能够比较好的接收到GPS信号,可以在拍摄的过程中记录整个路线的经纬度信息。
其次,在整个场景俯视图中,利用多个节点将整个场景中的路线分解成一条一条的短路线。这些节点是整个路线中的交叉点以及场景中的热点(比如商场某一店铺的名字)。热点通常是在使用导航系统时,可以选择的一个目的地。
通过工具将每个节点绑定相应的视频信息和经纬度信息。对于交叉点,一个节点可以绑定多个视频帧信息。然后通过两个节点间视频帧数之间的差,计算出由这两个节点组成路径的权值。
最终生成一张由节点、路径、权值组成的无向带权图(如图2所示的示例)。将节点的信息及无向带权图的信息保存到服务器,相当于建立了实拍的全景视频和场景中所有路线的映射关系。
如图6所示,导航模块的流程示意图。导航模块执行步骤包括,
S601,通过GPS或者通过扫码确认用户在场景中的位置;
S602,在当前路径添加一个节点,并根据节点之间的距离分解原来的权值为两个。
S603,重新得到一个新的有向带权图;
S604,使用经典的迪杰斯特(Dijkstra)算法,计算当前节点到其它所有节点的最短路径。
S605,根据最短路径接拼成一段相对应的全景视频。
具体来说,用户来到场景中的任一位置,如果场景通过使用GPS,刚通过GPS定位,获取用户的当前位置,判断用户在那两个节点之间的路径上,在两个节点之间添加一个节点,并根据当前点与两个节点之间的距离,将原来这条路径上面的权值分割成两个,这样就可以重新生成一个无向带权图。如果无法使用GPS,就可以在编辑模块中的某一节点位置,放置一张二维码,用户通过扫描二维码确定用户的当前位置。这样就无需再重新生成无向带权图。
以当前位置为起点,利用无向带权图,就可以使用经典的迪杰斯特拉(Dijkstra)算法(如图3 Dijkstra算法流程图),计算出当前节点和整个路线中其它所有节点的最短路径。
如图3所示,计算最短路径的方法包括,
S301,创建三个链表T、D、P,T代表当前所有结点是否被访问,初始为全False,D代表起始节点到当前节点的最短距离,除了当前点设置为0,其它的节点初始为无穿大、P代表在最短距离时当前结点的父结点,初始都为空;
S302,判断是否所有点都被访问,也就是T的链表是否都是True,如果否则执行S303,如果是,则执行S305;
S303,从D表中选择一个未被访问,值最小的点当作为当前节点;
S304,将当前点到起点的距离与相连点的距离相加,判断是否比相连点在D表中的距离小,如果是则更新相连表点的距离表,并当P表对应的值更新为当前点;
S305,根据D和P两个链表就可以得到初始节点到所有其它节点的最短路径。
其中S302到S304是可以根据设定次数进行循环执行的。
当用户选择好目的地,就可以根据最短路径拼接出一条这个最短路线的实拍全景视频。用户可以根据实时的位置信息查看导航的内容,因为都是实拍的场景,所以手机里面的内容基本上和眼睛实质看到的内容是一致的。用户可以通过上下左右旋转,查看手机里面的导航细节,以确定在一些如地下停车场,画面比较相似的地方确认应该往那个方向走。
如图7所示的云渲染模块结构图,云渲染的执行步骤包括,
S701,用户在手机界面上操作,旋转视角方向,或是查看路线。
S702,将操作的信息传到服务端。
S703,服务端解码当前位置的全景视频,并将视角的传到全景播放播放,控制视角的变化。
S704,将最终的渲染的内容进行h.265编码。
S705,利用WebRTC把数据传输到手机上。
S706,手机将数据进行解码并最终给用户展现。
因此,本发明实施例的有益效果包括,
(1)通过实景视频导航,由于是实拍场景,还原度高,第一视角让人身临其境,容易理解。
(2)通过云端渲染,降低用户手机的性能要求
(3)实景拍摄,开发周期短,成本低,维护方便。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种在线实景导航系统,其特征在于,包括服务器端和移动终端,移动终端向服务器端发出导航请求,
服务器端接收移动终端发送的导航请求后,根据移动终端导航请求中的路线的起点和终点,计算出优选路线,生成与该路线对应的全景视频片段,将该全景视频片段下发至所述移动终端。
2.根据权利要求1所述的在线实景导航系统,其特征在于,所述服务器端根据接收的导航请求中包括的移动终端的定位数据,结合电子地图,确定所述地点的位置。
3.根据权利要求1所述的在线实景导航系统,其特征在于,所述服务器端包括编辑模块,该模块将实拍的全景视频、位置数据与全景视频场景中的路线进行映射,同时生成用于优化路线计算的无向带权图。
4.根据权利要求1所述的在线实景导航系统,其特征在于,所述服务器端包括导航模块,该模块根据移动终端的位置数据,通过迪杰斯特拉算法,计算当前位置到路线中所有其它节点的最短路径,拼接生成对应这个最短路径的全景视频。
5.根据权利要求4所述的在线实景导航系统,其特征在于,计算最短路径的方法包括,
S301,创建三个链表T、D、P,T代表当前所有结点是否被访问,初始为全False,D代表起始节点到当前节点的最短距离,除了当前点设置为0,其它的节点初始为无穿大、P代表在最短距离时当前结点的父结点,初始都为空;
S302,判断是否所有点都被访问,也就是T的链表是否都是True,如果否则执行S303,如果是,则执行S305;
S303,从D表中选择一个未被访问,值最小的点当作为当前节点;
S304,将当前点到起点的距离与相连点的距离相加,判断是否比相连点在D表中的距离小,如果是则更新相连表点的距离表,并当P表对应的值更新为当前点;
S305,根据D和P两个链表就可以得到初始节点到所有其它节点的最短路径。
6.根据权利要求1所述的在线实景导航系统,其特征在于,所述服务器端包括云渲染模块,将全景视频进行视频压缩,然后推流到移动终端。
7.根据权利要求6所述的在线实景导航系统,其特征在于,将全景视频进行视频压缩,通过WebRTC推流到移动终端。
8.一种在线实景导航方法,其特征在于,该方法包括步骤,
实拍导航路线场景生成全景视频,通过设置多个节点将导航路线与全景视频进行映射;
根据移动终端的起点和终点,计算最短路径,并生成与之对应的全景视频片段;
在服务器端解码、渲染、编码,将经过处理的全景视频推流至移动终端。
9.一种移动终端,其特征在于,该移动终端具有处理器和存储器,
所述移动终端向服务器端发出导航请求,
服务器端接收移动终端发送的导航请求后,根据移动终端导航请求中的路线的起点和终点,计算出优选路线,生成与该路线对应的全景视频片段,将该全景视频片段下发至所述移动终端。
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