发明内容
本发明提供一种AR全息空气投影系统,用以基于蒸汽形成空气雾墙,再将投影数据投影到空气雾墙上生成全息虚拟区域,且可实现控制可调整区域设备来对全息虚拟区域进行调整,以确保投影便利化的同时提高了投影还原度,给人一种全新的身临其境般的立体视觉享受。
本发明提供一种AR全息空气投影系统,包括:
信息采集模块:用于采集虚拟对象的对象数据以及所述目标虚拟对象处于不同虚拟场景下的背景信息数据;
数据处理模块:用于接收对象数据和背景信息数据并进行融合处理,生成全息投影数据;
虚拟重现模块:用于利用投影设备将所述全息投影数据投影到基于蒸汽形成的空气雾墙上,生成全息虚拟重现区域;
区域调整模块:用于捕捉目标对象在全息虚拟重现区域中的操作行为,控制可调整区域设备对所述全息虚拟重现区域进行区域调整。
优选的,所述虚拟对象的对象数据包括:目标人物的人体特征数据、动作数据、人物语音数据以及目标物体的属性数据;
所述背景信息数据包括:背景彩色数据以及背景声音数据。
优选的,所述数据处理模块包括:
接收单元:用于接收信息采集模块采集到的虚拟对象的对象数据以及目标虚拟对象处于不同虚拟场景下的背景信息数据;
属性说明单元:用于将从信息采集模块接收到的数据进行数据预处理,并对预处理后的数据特征提取后进行属性说明;
属性融合单元:用于根据属性说明结果完成属性融合,得到目标虚拟对象处于不同虚拟背景下的全息投影数据。
优选的,所述虚拟重现模块包括:
雾墙生成单元:用于利用液体、出雾管以及超音速雾化器构建产雾装置来产生雾气,并将所述雾气输送至气流过滤环节;
阵列布局单元:用于布局风扇阵列,并调整气流过滤区域的空气流速,构建雾墙;
重现单元:用于通过投影设备将全息投影数据投影到所述雾墙,生成虚拟重现区域。
优选的,所述重现单元包括:
数据选取块:用于选取所述全息投影数据中的任意一组投影数据作为目标投影数据投影到所述雾墙,获取第一投影;
分析块:用于基于人体真实观感机制,分析所述第一投影的还原度是否达到预设阈值,并在所述第一投影的还原度未达到预设阈值时,将第一预设量的色素加入液体中,生成第二雾墙,并将目标投影数据投影到第二雾墙,获取第二投影;
继续分析所述第二投影的还原度是否达到预设阈值;若达到预设阈值,此时将加入第一预设量色素的液体作为固定产雾资源;
若第二投影还原度未达到预设阈值,将第二投影还原度与第一投影还原度进行对比;
当第二投影还原度小于第一投影还原度时,根据第二投影还原度与预设阈值的差值来确定第一估算差量,并对第一预设量减去所述第一估算差量得到第二预设量,再将第二预设量的色素加入液体中作为固定产雾资源生成第三雾墙,确保高投影还原度;
当第二投影还原度大于或等于第一投影还原度时,根据第二投影还原度与预设阈值的差值来确定第二估算差量,并将第一预设量与所述第二估算差量进行相加得到第三预设量,再将第三预设量的色素加入液体中作为固定产雾资源生成第四雾墙,确保高投影还原度;
第一估算差量的求取公式如下:
;第二估算差量的求取公式如下:
;其中,N1表示为第一估算差量;N1表示为第二估算差量;M表示为第二投影还原度;Z表示为预设阈值,且Z>M;S表示为第一预设量;/>表示为第二投影还原度小于第一投影还原度情况下,差量估算过程中的失误系数;/>表示为第二投影还原度大于或等于第一投影还原度情况下,差量估算过程中的失误系数。
优选的,所述区域调整模块包括:
行为输出单元:用于当目标对象在全息虚拟重现区域进行操作时,红外摄像系统获取所述虚拟重现区域因手指动作导致红外辐射变化的传感信息,处理系统接收到传感信息并确定出手指的行为意图信息,最后将行为意图信息传递给外接输出设备;
空气流速控制单元:用于根据所述行为意图信息的分析来确定调整内容;
当行为意图信息为切换目标虚拟场景时,利用风扇阵列调整空气流速,得到目标虚拟场景对应所需的设定高度雾墙,其中,获取空气流速的公式如下:
;其中,V表示风扇阵列在压缩时间T内排除的空气体积;S表示出雾管的横截面积;/>表示为风扇阵列调整空气流速的影响因子;/>表示为风扇阵列调整空气流速的影响权重;/>表示为调整风扇阵列和损失因子的总影响性权重,其中/>,且/>表示为空气匀速运动中雾粒子的损失因子;/>表示为损失因子对空气流速的影响权重;/>表示为空气流速;/>表示出雾管的被堵塞概率;/>表示对初始流速/>的影响函数;
调整角度单元:用于当行为意图信息为切换目标虚拟场景时,基于空气流速控制单元得到的设定高度雾墙来调整投影内容,且在调整之前获取最佳投影角度进行投影内容的全息投影;
过滤控制单元:用于当所述行为意图信息为更换投影效果时,对气流过滤环节中的过滤模块所运用的过滤空心方孔进行大小调节,调节雾墙的厚度。
优选的,所述调整角度单元包括:
过程模拟块:用于基于预设投影模拟模型,来对设定高度雾墙进行目标虚拟场景的最佳投影过程和最坏投影过程的模拟,获取第一投影角度集合;
角度分析块:用于分析所述第一投影角度集合,确定每个第一投影角度所包含的投影有效性,并根据投影有效性来确定最佳投影角度;
投影块:用于按照所述最佳投影角度,对投影内容进行全息投影。
优选的,所述过滤控制单元包括:
确认块:用于确定所述行为意图信息中要求更换的第一投影效果,以及呈现第一投影效果所需的目标雾墙厚度;
调节块:将目标雾墙厚度与当前雾墙厚度作为输入参数,输入到调节模型中,获取每个过滤空心方孔的大小调节结果:
;其中,Y1表示为对应过滤空心方孔大小调节后的矩形面积值;Y0表示为当前对应过滤空心方孔的矩形面积值;/>表示当/>时,为对应过滤空心方孔在过滤气流时对生成雾墙厚度所对应的第一面积贡献因子;p0表示为当前雾墙厚度;p1表示为目标雾墙厚度;/>表示为气流通过过滤空心方孔处于当前雾墙厚度的第一速度;/>表示为气流通过过滤空心方孔处于目标雾墙厚度的第二速度;/>表示从面积调节数据库中所确定的基于第一速度w1与第二速度w2的第一调节面积;/>表示从面积调节数据库中所确定的当前雾墙厚度与目标雾墙厚度p1的第二调节面积;/>表示当/>时,为对应过滤空心方孔在过滤气流时对生成雾墙厚度所对应的第二面积贡献因子。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
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。
本发明实施例提供一种AR全息空气投影系统,如图1所示,包括:
信息采集模块:用于采集虚拟对象的对象数据以及所述目标虚拟对象处于不同虚拟场景下的背景信息数据;
数据处理模块:用于接收对象数据和背景信息数据并进行融合处理,生成全息投影数据;
虚拟重现模块:用于利用投影设备将所述全息投影数据投影到基于蒸汽形成的空气雾墙上,生成全息虚拟重现区域;
区域调整模块:用于捕捉目标对象在全息虚拟重现区域中的操作行为,控制可调整区域设备对所述全息虚拟重现区域进行区域调整。
该实施例中,虚拟对象的对象数据包括有目标人物的人体特征数据、动作数据、人物语音数据以及目标物体的属性数据;背景信息数据包括有背景彩色数据以及背景声音数据。
该实施例中,全息投影数据是由对象数据和背景信息数据进行数据信息融合得到的,可利用投影设备来将投影数据投影到空气雾墙上呈现出来;其中,空气雾墙是基于蒸汽形成的雾墙。
该实施例中,投影设备是指位于生成的空气雾墙的前侧的便携投影仪,可根据投影数据来产生投影显示,投影显示区域也就是全息虚拟重现区域;可调整区域设备包括有风扇阵列、过滤空心方孔和投影设备,其中,风扇阵列用于调整气流过滤区域的空气流速,过滤空心方孔用于调整生成雾墙的厚度,投影设备用于调整投影角度。
该实施例中,操作行为具体是指切换目标虚拟场景和更换投影效果;区域调整指的是对显示全息虚拟重现区域的雾墙高度和厚度进行调整。
上述技术方案的有益效果是:通过蒸汽形成空气雾墙,再将投影数据投影到空气雾墙上生成全息虚拟区域,并控制可调整区域设备来对全息虚拟区域进行调整,以确保投影便利化的同时提高了投影还原度,给人一种全新的身临其境般的立体视觉享受。
本发明实施例提供一种AR全息空气投影系统,所述数据处理模块包括:
接收单元:用于接收信息采集模块采集到的虚拟对象的对象数据以及目标虚拟对象处于不同虚拟场景下的背景信息数据;
属性说明单元:用于将从信息采集模块接收到的数据进行数据预处理,并对预处理后的数据特征提取后进行属性说明;
属性融合单元:用于根据属性说明结果完成属性融合,得到目标虚拟对象处于不同虚拟背景下的全息投影数据。
该实施例中,数据预处理是指对虚拟对象的对象数据以及目标虚拟对象处于不同虚拟场景下的背景信息数据进行数据实用性审核以及数据异常清理,确保预处理后的数据进行精确的特征提取。
该实施例中,属性说明指的是对提取的数据特征进行属性解释和标注;属性融合是基于属性说明,对数据特征进行合成产生比单一特征包含的信息更精确、更具有代表性、更丰富以及更可靠的判断;例如,存在目标物体1的数据特征A,虚拟背景I的数据特征B;通过属性解释得到目标物体1外观特征为矩形,作用特征是指观赏作用;虚拟背景I的颜色特征是蓝白色,声音特征为无噪音;经过属性融合得到蓝白色气氛安静的虚拟环境内包含有一个呈观赏作用的矩形物体的判断。
上述技术方案的有益效果是:通过对从信息采集模块接收的数据进行预处理后特征提取,再进行属性说明;根据属性说明结果完成属性融合,从而获取全息投影数据来为投影提供数据支撑。
本发明实施例提供一种AR全息空气投影系统,所述虚拟重现模块包括:
雾墙生成单元:用于利用液体、出雾管以及超音速雾化器构建产雾装置来产生雾气,并将所述雾气输送至气流过滤环节;
阵列布局单元:用于布局风扇阵列,并调整气流过滤区域的空气流速,构建雾墙;
重现单元:用于通过投影设备将全息投影数据投影到所述雾墙,生成虚拟重现区域。
该实施例中,超音速雾化器是利用超音速来将液体雾化;出雾管是用于对超音速雾化器结合液体产生的水雾进行传送。
该实施例中,风扇阵列的作用主要是为了调整气流过滤区域的空气流速,使得这一部分的空气以适合的速度进入气流过滤环节产生空气层流;其中,空气层流是形成雾墙的必要条件之一。
该实施例中,气流过滤环节主要是指过滤水雾以及产生空气层流,利用空气层流沿垂直方向做匀速运动的特点,最终生成用于成像的空气雾墙。
上述技术方案的有益效果是:通过采用液体、超音速出雾器和出雾管来产生雾气;利用风扇阵列来调整气流过滤区域的空气流速产生空气层流,最终生成空气雾墙为后续全息空气投影奠定基础。
本发明实施例提供一种AR全息空气投影系统,所述重现单元包括:
数据选取块:用于选取所述全息投影数据中的任意一组投影数据作为目标投影数据投影到所述雾墙,获取第一投影;
分析块:用于基于人体真实观感机制,分析所述第一投影的还原度是否达到预设阈值,并在所述第一投影的还原度未达到预设阈值时,将第一预设量的色素加入液体中,生成第二雾墙,并将目标投影数据投影到第二雾墙,获取第二投影;
继续分析所述第二投影的还原度是否达到预设阈值;若达到预设阈值,此时将加入第一预设量色素的液体作为固定产雾资源;
若第二投影还原度未达到预设阈值,将第二投影还原度与第一投影还原度进行对比;
当第二投影还原度小于第一投影还原度时,根据第二投影还原度与预设阈值的差值来确定第一估算差量,并对第一预设量减去所述第一估算差量得到第二预设量,再将第二预设量的色素加入液体中作为固定产雾资源生成第三雾墙,确保高投影还原度;
当第二投影还原度大于或等于第一投影还原度时,根据第二投影还原度与预设阈值的差值来确定第二估算差量,并将第一预设量与所述第二估算差量进行相加得到第三预设量,再将第三预设量的色素加入液体中作为固定产雾资源生成第四雾墙,确保高投影还原度;
第一估算差量的求取公式如下:
;第二估算差量的求取公式如下:
;其中,N1表示为第一估算差量;N1表示为第二估算差量;M表示为第二投影还原度;Z表示为预设阈值,且Z>M;S表示为第一预设量;/>表示为第二投影还原度小于第一投影还原度情况下,差量估算过程中的失误系数;/>表示为第二投影还原度大于或等于第一投影还原度情况下,差量估算过程中的失误系数。
该实施例中,目标投影数据可以是全息投影数据中的任意一组数据,都是预先设置好的需要投影显示的内容;第一投影是目标投影数据经过投影设备投影到空气雾墙的投影显示。
该实施例中,预设阈值是提前设定好的,一般为0.85,且还原度所设定的取值范围为(0,1),第一预设量是以生成雾墙最低面积以及液体体积为标准提前定好的色素量。
该实施例中,固定产雾资源指的是用于产雾的未加色素的液体资源或已加色素的液体资源。
该实施例中,比如,存在第一投影还原度0.8,未达到预设阈值0.85,故将第一预设量的色素加入液体中生成第二雾墙,利用目标投影数据在第二雾墙上投影得到第二投影;
此时,确定第二投影还原度为0.75,未达到预设阈值0.85,且第二投影还原度0.75小于第一投影还原度0.8,因此,利用已知数值和第一估算差量的求取公式来获取第一估算差量,再将第一预设量减去求得的第一估算差量得到第二预设量,最后将第二预设量的色素加入液体中,生成满足预设阈值的投影高还原度的雾墙。
该实施例中,比如存在第一投影还原度0.75,第二投影还原度0.81,均未达到预设阈值,且第二投影还原度大于第一投影还原度;此时,利用已知数值和第二估算差量的求取公式来获取第二估算差量,再将第一预设量与求得的第二估算差量进行相加得到第三预设量,最后将第三预设量的色素加入液体中,作为固定产雾资源生成满足预设阈值的投影高还原度的雾墙。
上述技术方案的有益效果是:通过在液体中添加一定量的色素来调整投影数据投影到空气雾墙上的投影还原度,可以有效保证投影的高还原,以及带给人们极佳的立体视觉享受。
本发明实施例提供一种AR全息空气投影系统,所述区域调整模块包括:
行为输出单元:用于当目标对象在全息虚拟重现区域进行操作时,红外摄像系统获取所述虚拟重现区域因手指动作导致红外辐射变化的传感信息,处理系统接收到传感信息并确定出手指的行为意图信息,最后将行为意图信息传递给外接输出设备;
空气流速控制单元:用于根据所述行为意图信息的分析来确定调整内容;
当行为意图信息为切换目标虚拟场景时,利用风扇阵列调整空气流速,得到目标虚拟场景对应所需的设定高度雾墙,其中,获取空气流速的公式如下:
;其中,V表示风扇阵列在压缩时间T内排除的空气体积;S表示出雾管的横截面积;/>表示为风扇阵列调整空气流速的影响因子;/>表示为风扇阵列调整空气流速的影响权重;/>表示为调整风扇阵列和损失因子的总影响性权重,其中/>,且/>表示为空气匀速运动中雾粒子的损失因子;/>表示为损失因子对空气流速的影响权重;/>表示为空气流速;/>表示出雾管的被堵塞概率;/>表示对初始流速/>的影响函数;
调整角度单元:用于当行为意图信息为切换目标虚拟场景时,基于空气流速控制单元得到的设定高度雾墙来调整投影内容,且在调整之前获取最佳投影角度进行投影内容的全息投影;
过滤控制单元:用于当所述行为意图信息为更换投影效果时,对气流过滤环节中的过滤模块所运用的过滤空心方孔进行大小调节,调节雾墙的厚度。
该实施例中,红外摄像系统包括有有红外摄像头、红外探测器以及A/D转换器;处理系统中包含有存储数据库,用于与红外摄像系统传输过来的传感信息匹配,从而得到行为意图信息;外接输出设备主要用来接收行为意图信息并作出响应。
该实施例中,行为意图信息是指目标对象在全息虚拟重现区域进行操作的目的信息,包括有切换目标虚拟场景和更换投影效果;调整内容是指调整空气流速、投影角度或是过滤空心方孔的大小。
该实施例中,设定高度雾墙实际上是指确保目标虚拟场景能够完整地投影显示的雾墙,主要通过结合调整后的空气流速以及超音速出雾器产生的水雾经过气流过滤环节,再利用生成的两层空气层流中间夹着水雾沿着垂直方向匀速运动形成;最佳投影角度是指目标虚拟场景切换后所需要更换的能够完整投影显示出来的投影角度。
该实施例中,基于空气流速控制单元得到设定高度雾墙来调整的投影内容具体是指切换的目标虚拟场景的对应全息投影数据。
该实施例中,过滤空心方孔的大小调节主要是为了调节雾墙的厚度,从而获取不同的投影效果。
上述技术方案的有益效果是:通过利用红外摄像系统和处理系统来得到目标对象的行为意图信息;根据行为意图信息,对可调整区域设备风扇阵列、投影设备以及过滤空心方孔进行控制调整,可以有效实现目标对象的操作行为目的,投影智能化的同时提高目标对象的体验感和互动性。
本发明实施例提供一种AR全息空气投影系统,所述调整角度单元包括:
过程模拟块:用于基于预设投影模拟模型,来对设定高度雾墙进行目标虚拟场景的最佳投影过程和最坏投影过程的模拟,获取第一投影角度集合;
角度分析块:用于分析所述第一投影角度集合,确定每个第一投影角度所包含的投影有效性,并根据投影有效性来确定最佳投影角度;
投影块:用于按照所述最佳投影角度,对投影内容进行全息投影。
该实施例中,预设投影模拟模型是指已经初始设置参数化的投影模型;最佳投影过程是指预设投影模拟模型经过投影完整度极高的位置的模拟过程;最坏投影过程是指预设投影模拟模型经过投影完整度极低的位置的模拟过程。
该实施例中,投影有效性主要是指对应每个投影角度投影后获取的投影有效信息的数量,数量越多,对应有效性越大;最佳投影角度是指投影有效性最大的角度。
上述技术方案的有益效果是:通过利用预设投影模拟模型来模拟设定高度雾墙进行目标虚拟场景的最佳投影与最坏投影过程以获取第一投影角度;分析所述第一投影角度集合内所有投影角度的投影有效性来获取最佳投影角度,并按照最佳投影角度进行全息投影,可以有效实现在更换目标虚拟场景后,及时调整投影角度来确保投影的完整性。
本发明实施例提供一种AR全息空气投影系统,所述过滤控制单元包括:
确认块:用于确定所述行为意图信息中要求更换的第一投影效果,以及呈现第一投影效果所需的目标雾墙厚度;
调节块:将目标雾墙厚度与当前雾墙厚度作为输入参数,输入到调节模型中,获取每个过滤空心方孔的大小调节结果:
;其中,Y1表示为对应过滤空心方孔大小调节后的矩形面积值;Y0表示为当前对应过滤空心方孔的矩形面积值;/>表示当/>时,为对应过滤空心方孔在过滤气流时对生成雾墙厚度所对应的第一面积贡献因子,取值范围为/>;p0表示为当前雾墙厚度;p1表示为目标雾墙厚度;/>表示为气流通过过滤空心方孔处于当前雾墙厚度的第一速度;/>表示为气流通过过滤空心方孔处于目标雾墙厚度的第二速度;/>表示从面积调节数据库中所确定的基于第一速度w1与第二速度w2的第一调节面积;/>表示从面积调节数据库中所确定的当前雾墙厚度/>与目标雾墙厚度p1的第二调节面积;/>表示当/>时,为对应过滤空心方孔在过滤气流时对生成雾墙厚度所对应的第二面积贡献因子,取值范围为/>。
该实施例中,第一投影效果是指目标对象想要更换的投影效果。
该实施例中,的取值范围是/>,单位为平方厘米;的取值范围是/>,单位为平方厘米。
上述技术方案的有益效果是:通过获取当前投影效果以及想要更换的投影效果分别对应的雾墙厚度并作为输入参数输入到调节模型中,得到每个过滤空心方孔调节后的矩形面积值;再根据获取的每个过滤空心方孔调节后的矩形面积值来对当前过滤空心方孔进行调节,确保生成不同雾墙厚度,以达到更换投影效果的目的。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。