CN117911655B - 基于在实景三维地图上增强现实的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于在实景三维地图上增强现实的方法及系统，涉及增强现实技术领域，包括以下步骤：获取需要展示的地图数据，对地图数据进行处理和转换，适应增强现实应用的需求；利用地图数据构建实景三维地图模型；确定增强现实中需要展示的内容，设计增强现实内容的图形元素和样式，以确保与地图场景相匹配且易于识别；选择增强现实引擎或框架，利用编程语言和AR技术实现增强现实功能。本发明通过建立实时监控系统，对数据和图形处理过程中的性能参数进行持续监测和分析，能够及时发现潜在的异常情况，从而提前预警并采取相应措施，有助于避免异常情况进一步恶化，保障用户体验，提升增强现实应用的稳定性和可靠性。

Description

基于在实景三维地图上增强现实的方法及系统

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，具体涉及基于在实景三维地图上增强现实的方法及系统。

背景技术

增强现实（AR）是一种技术，通过将数字信息叠加在真实世界的场景中，提供了对现实世界的增强视觉体验。实景三维地图是一种数字地图，以三维形式呈现地球表面的地理信息，如山脉、河流和建筑物等。在实景三维地图上应用增强现实意味着将AR技术与这种数字地图结合起来，使用户可以通过智能设备（如智能手机或AR眼镜）查看地图，并在其上显示附加的数字信息，例如实时导航路线、地标建筑物、天气情况等。这种结合使用户能够更直观地了解周围环境，并提供了更丰富、更交互的地图体验。

增强现实在实景三维地图上的应用为用户提供了更加沉浸式的地图浏览体验。通过在真实世界的场景中叠加数字信息，用户可以更直观地理解地图所表示的地理信息，并在其中进行导航和探索。例如，当用户在城市中使用实景三维地图时，可以通过AR显示查看周围的建筑物、商店和街道，并实时获取有关这些地点的信息，如营业时间、评价和特别优惠等。这种结合为用户提供了更具互动性和个性化的地图体验，有助于提高地图的实用性和吸引力。

现有技术存在以下不足：

在实景三维地图上增强现实过程中，需要处理大量的数据和图形计算，若应用在性能上受限导致无法对数据和图形进行高效处理时，可能导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确，或者在移动过程中出现抖动和错位，这会造成用户困惑和混乱，降低增强现实内容的真实感和可信度，甚至可能导致误导用户，其次，还可能导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟，当出现此情况时，这会极大地降低用户体验，使用户感觉到操作不流畅和反应迟钝，降低用户体验。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供基于在实景三维地图上增强现实的方法及系统，通过建立实时监控系统，对数据和图形处理过程中的性能参数进行持续监测和分析，能够及时发现潜在的异常情况，从而提前预警并采取相应措施，有助于避免异常情况进一步恶化，保障用户体验，提升增强现实应用的稳定性和可靠性，以解决上述背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于在实景三维地图上增强现实的方法，包括以下步骤：

获取需要展示的地图数据，对地图数据进行处理和转换，适应增强现实应用的需求；

利用地图数据构建实景三维地图模型；

确定增强现实中需要展示的内容，设计增强现实内容的图形元素和样式，以确保与地图场景相匹配且易于识别；

选择增强现实引擎或框架，利用编程语言和AR技术实现增强现实功能；

对在实景三维地图上增强现实时的数据图形处理过程进行实时监控，智能化感知数据图形处理的性能隐患；

感知到在实景三维地图上增强现过程中数据图形处理存在异常时，对异常进行判断，在非偶然异常情况下，发出预警提示通知相关人员及时对异常进行维护管理，保障用户体验。

优选的，获取在实景三维地图上增强现实时进行数据图形处理的渲染帧率信息、数据加载速度以及地图纹理贴图压缩信息，获取后，对渲染帧率信息、数据加载速度以及地图纹理贴图压缩信息进行处理后分别生成渲染帧率下浮指数、数据加载速度浮动指数以及地图纹理贴图压缩过度指数。

优选的，渲染帧率下浮指数获取的逻辑如下：

在实景三维地图上增强现实过程中，获取数据和图形进行处理时在固定时长窗口内每一帧画面的时间戳；

计算相邻两帧画面的时间间隔，/>；

计算平均帧间隔时间，计算的表达式为：，式中，/>表示平均帧间隔时间，N表示固定时长窗口内渲染的总帧数；

计算渲染帧率，渲染帧率的计算表达式为：，式中，/>表示渲染帧率；

计算渲染帧率下浮指数，计算的表达式为：，式中，/>表示渲染帧率下浮指数，/>表示期望的最大渲染帧率。

优选的，数据加载速度浮动指数获取的逻辑如下：

在固定时长窗口内，记录每一次数据加载操作的耗时，共记录M次加载操作；

设置滑动窗口的大小W，从第k次加载操作开始，将最新的W次加载速度加入窗口，计算滑动窗口内的加载速度，公式如下：/>，式中，D为每次加载操作所加载的数据量；

根据滑动窗口内的加载速度，计算加载速度/>的标准差/>，标准差表示数据的离散程度，用于衡量加载速度的浮动性，标准差/>的计算公式如下：，式中，/>为滑动窗口内加载速度/>的均值；

计算数据加载速度浮动指数，计算的表达式为：，式中，表示数据加载速度浮动指数。

优选的，地图纹理贴图压缩丰度指数获取的逻辑如下：

在固定时长窗口内，获取一组原始贴图和对应的压缩后贴图/>；

计算原始贴图像素亮度和压缩后贴图像素亮度的均值和方差；

原始贴图像素亮度和压缩后贴图像素亮度均值计算如下：，，式中，/>表示原始贴图像素亮度，/>表示压缩后贴图像素亮度，P表示贴图像素总数，/>表示原始贴图像素亮度均值，/>表示压缩后贴图像素亮度均值；

原始贴图像素亮度和压缩后贴图像素亮度方差计算如下：，/>，式中，/>表示原始贴图像素亮度方差，/>表示压缩后贴图像素亮度方差；

计算原始贴图和压缩后贴图的协方差，公式如下：；

计算原始贴图和压缩后贴图之间的结构相似性指数，计算的表达式为：，式中，/>和/>是常数，用于稳定除法的分母；

计算地图纹理贴图压缩丰度指数，计算的表达式为：，式中，/>表示地图纹理贴图压缩丰度指数。

优选的，将在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的渲染帧率下浮指数、数据加载速度浮动指数/>以及地图纹理贴图压缩丰度指数/>进行综合分析，生成负增强现实综合考量系数/>，依据的公式为：

；

式中，、/>、/>分别为渲染帧率下浮指数/>、数据加载速度浮动指数以及地图纹理贴图压缩丰度指数/>的预设比例系数，且/>、/>、/>均大于0。

优选的，将在实景三维地图上增强现实过程中，数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的负增强现实综合考量系数与预先设定的负增强现实综合考量系数参考阈值进行比对分析，比对分析的结果如下：

若负增强现实综合考量系数大于等于负增强现实综合考量系数参考阈值，则生成负增强现实信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成负增强现实信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时存在异常；

若负增强现实综合考量系数小于负增强现实综合考量系数参考阈值，则生成增强现实信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成增强现实信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时未存在异常。

优选的，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成负增强现实信号，则将后续生成的若干个负增强现实综合考量系数建立分析集合，将分析集合内的负增强现实综合考量系数与负增强现实综合考量系数参考阈值进行比对分析后，计算隐患程度系数，计算的表达式为：/>，式中，表示分析集合内大于负增强现实综合考量系数参考阈值的负增强现实综合考量系数，m表示分析集合内大于负增强现实综合考量系数参考阈值的负增强现实综合考量系数的数量。

优选的，将隐患程度系数与预先设定的隐患程度系数参考阈值进行比对分析，比对分析的结果如下：

若隐患程度系数大于等于隐患程度系数参考阈值，则生成非偶然信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时生成非偶然信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时存在非偶然异常，则发出预警提示通知相关人员及时对异常进行维护管理，保障用户体验；

若隐患程度系数小于隐患程度系数参考阈值，则生成偶然信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时生成偶然信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时存在偶然异常，则继续让用户进行高效体验。

基于在实景三维地图上增强现实的系统，包括地图数据处理与转换模块、实景三维地图构建模块、增强现实内容设计模块、增强现实引擎选择与实现模块、实时监控与性能感知模块以及异常处理与预警通知模块；

地图数据处理与转换模块，获取需要展示的地图数据，对地图数据进行处理和转换，适应增强现实应用的需求；

实景三维地图构建模块，利用地图数据构建实景三维地图模型；

增强现实内容设计模块，确定增强现实中需要展示的内容，设计增强现实内容的图形元素和样式，以确保与地图场景相匹配且易于识别；

增强现实引擎选择与实现模块，选择增强现实引擎或框架，利用编程语言和AR技术实现增强现实功能；

实时监控与性能感知模块，对在实景三维地图上增强现实时的数据图形处理过程进行实时监控，智能化感知数据图形处理的性能隐患；

异常处理与预警通知模块，感知到在实景三维地图上增强现过程中数据图形处理存在异常时，对异常进行判断，在非偶然异常情况下，发出预警提示通知相关人员及时对异常进行维护管理，保障用户体验。

在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

本发明通过建立实时监控系统，对数据和图形处理过程中的性能参数进行持续监测和分析，能够及时发现潜在的异常情况，从而提前预警并采取相应措施，有助于避免异常情况进一步恶化，保障用户体验，提升增强现实应用的稳定性和可靠性；

本发明提出了针对不同异常情况的差异性信号处理方案，通过分析综合考量系数和隐患程度系数，将异常情况划分为偶然和非偶然两种类型，有针对性地采取不同的应对措施，对于偶然异常，采取保守策略，继续让用户进行高效体验；对于非偶然异常，则发出预警提示，及时进行维护管理，以保障用户体验，避免不必要的干预，保持用户体验的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于在实景三维地图上增强现实的方法及系统的方法流程图。

图2为本发明基于在实景三维地图上增强现实的方法及系统的模块示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

本发明提供了如图1所示的基于在实景三维地图上增强现实的方法，包括以下步骤：

获取需要展示的地图数据，对地图数据进行处理和转换，适应增强现实应用的需求；

需要展示的地图数据包括地理特征、建筑物、道路、地形、水体等信息。地理特征包括山脉、河流、森林等自然地形，建筑物涵盖城市中的房屋、商业建筑、地标性建筑等，道路数据则包括街道、高速公路、人行道等交通网络，地形数据描述地表的起伏和坡度情况，而水体数据则包括河流、湖泊、水库等水域地理信息。这些数据的准确性和完整性对于实景三维地图的构建和增强现实功能的实现至关重要，它们共同构成了用户在地图上进行导航、探索和获取信息时所需的基础地理信息。

对地图数据进行处理和转换以适应增强现实应用的需求涉及以下几个方面（包括但不仅限于）：

数据清洗和过滤：删除或修复地图数据中的错误、缺失或不准确的部分。这包括移除重复数据、填补缺失数据、修正错误数据等。数据清洗能够确保地图数据的准确性和完整性，从而提高增强现实应用的可靠性和准确性。

数据格式转换：将地图数据转换为增强现实应用所需的格式，以便于后续的处理和展示。这可能涉及将地图数据转换为通用的数据格式，如GeoJSON、KML等，或者转换为特定于增强现实引擎的格式。

地理信息处理：对地图数据进行地理信息处理，包括地理坐标转换、地理特征提取等。地理坐标转换可将地图数据从不同的坐标系统转换为统一的坐标系统，以确保地图数据在增强现实应用中的位置和比例与真实世界一致。地理特征提取则可以从地图数据中提取出有用的地理信息，如建筑物轮廓、道路网络、水体边界等，为增强现实内容的叠加和展示提供依据。

数据压缩和优化：对地图数据进行压缩和优化，以减小数据体积和提高数据加载速度。地图数据通常包含大量的信息，对其进行压缩和优化可以减少增强现实应用的存储空间需求和数据传输时间，提高应用的性能和用户体验。

利用地图数据构建实景三维地图模型；

利用地图数据构建实景三维地图模型意味着将地图数据转化为可视化的三维模型，以展现真实世界的地理特征、建筑物、道路等。这包括使用地图数据中的地理信息和高程数据来创建地形模型，利用建筑物的轮廓和高度数据创建建筑物模型，以及将道路网络转换为三维道路模型。通过这些操作，可以在三维场景中准确地再现真实世界的地貌和城市环境，为增强现实应用提供可视化的基础。

确定增强现实中需要展示的内容，设计增强现实内容的图形元素和样式，以确保与地图场景相匹配且易于识别；

确定内容和设计图形元素，首先，需要确定在增强现实场景中要展示的内容，这可能涉及导航路线、地标建筑、商店、景点等信息。然后，针对这些内容，设计相应的图形元素和样式，以在实景地图上展现出来。这包括选择合适的图标、颜色、大小、字体等，以确保它们能够清晰地展示在地图场景中，并且能够被用户轻松识别和理解。

与地图场景相匹配和易于识别，首先，设计的图形元素和样式需要与地图场景相协调，使得它们能够融入地图的视觉环境中，不突兀、不抢眼。其次，这些图形元素需要易于被用户识别和理解，不论是导航路线、地标建筑还是其他信息，都应该以清晰、简洁的方式展示出来，避免造成用户困惑或混淆。因此，在设计过程中，需要考虑到用户的视觉感知和认知特点，选择符合用户习惯和易于理解的图形元素和样式，以提高用户体验和增强现实内容的可用性。

选择增强现实引擎或框架，利用编程语言和AR技术实现增强现实功能；

选择合适的增强现实引擎或框架是实现增强现实功能的关键，常用的包括ARKit和ARCore，它们分别针对iOS和Android平台，提供了强大的AR功能和开发工具，包括物体跟踪、面部识别、光估计等，使开发者能够快速高效地开发出优质的增强现实应用。除此之外，还有跨平台的引擎如Unity3D、Vuforia和Wikitude等，它们提供了丰富的AR功能和跨平台的开发支持，适用于不同平台的应用开发需求，开发者可以根据项目需求、平台选择、开发经验等因素来选择合适的引擎或框架，实现增强现实功能的开发。

利用增强现实引擎或框架，利用编程语言和AR技术实现的增强现实功能包括但不限于以下几个方面：首先是环境感知，即应用能够感知和理解周围的环境，实现平面检测、物体识别等功能；其次是虚拟元素叠加，即在真实世界场景上叠加虚拟的图像、文字、模型等元素，如标记地点、导航路线、实时信息等；此外还包括动态交互，即用户能够与虚拟元素进行实时交互，如点击、拖动、放大缩小等；另外还有跟踪与定位，即应用能够追踪用户的位置和方向，实现精准的AR体验，例如室内导航、游戏场景定位等；最后是增强现实应用的用户界面设计，包括用户交互界面的设计、信息展示的方式等，以确保用户能够轻松、直观地使用增强现实应用。通过这些功能的实现，增强现实应用能够提供丰富多彩的虚拟体验，为用户带来沉浸式的增强现实体验。

对在实景三维地图上增强现实时的数据图形处理过程进行实时监控，智能化感知数据图形处理的性能隐患；

获取在实景三维地图上增强现实时进行数据图形处理的渲染帧率信息、数据加载速度以及地图纹理贴图压缩信息，获取后，对渲染帧率信息、数据加载速度以及地图纹理贴图压缩信息进行处理后分别生成渲染帧率下浮指数、数据加载速度浮动指数以及地图纹理贴图压缩丰度指数；

在实景三维地图上增强现实过程中，渲染帧率指的是在显示设备上每秒钟呈现的图像帧数。在增强现实应用中，渲染帧率的高低直接影响到用户对虚拟元素与实景环境的融合感受。较高的渲染帧率能够提供更流畅的视觉效果，使得虚拟元素与真实环境更加自然地融合在一起，同时也增强了用户的沉浸感和参与感。因此，保持良好的渲染帧率是增强现实应用中的重要目标之一，通常会通过优化算法、降低图形复杂度等手段来提高渲染性能。

数据加载速度是指从存储设备或网络中获取数据并加载到应用程序中所需的时间。在增强现实应用中，数据加载速度的快慢直接影响到虚拟元素的实时性和准确性。较快的数据加载速度能够保证虚拟元素的及时更新和展示，使用户在移动过程中能够看到与实际环境相匹配的虚拟内容，增强了应用的真实感和可信度。因此，提高数据加载速度是优化增强现实应用性能的重要措施之一，可通过优化数据加载算法、使用更高效的数据传输方式等方式来实现。

地图纹理贴图压缩是指对地图中的纹理贴图进行压缩处理，以减少纹理数据的存储空间和传输带宽。在增强现实应用中，地图纹理贴图通常用于模拟实景环境的纹理和表面特征，例如建筑物、地形等。通过对地图纹理贴图进行压缩处理，可以减小应用程序的安装包大小，降低数据传输成本，并且提高应用程序的加载速度和响应速度。同时，合适的贴图压缩算法还能保持纹理贴图的视觉质量，确保虚拟元素与实景环境的视觉一致性。因此，在增强现实应用中，地图纹理贴图压缩是一项重要的优化策略，可以提高应用的性能和用户体验。

渲染帧率的下降会对增强现实应用的性能产生负面影响，首先，当渲染帧率较低时，应用处理图形和数据的速度减慢，导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确。由于渲染帧率不足，虚拟元素的更新频率降低，导致其与实际环境的对应关系失效，出现抖动、错位等问题，用户难以准确理解虚拟元素的位置和方向，降低了增强现实内容的真实感和可信度，可能导致用户产生困惑和混乱，甚至误导用户。其次，渲染帧率下降会导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟，用户的操作反馈时间延长，使用户感觉到操作不流畅和反应迟钝。由于应用无法及时响应用户的操作，用户体验会大幅降低，用户可能会感到失望和不满，导致用户对应用的使用积极性降低，甚至放弃使用。最后，渲染帧率的降低会影响用户的真实感和沉浸感。当增强现实应用无法在实时性上满足用户期望时，用户无法真正融入增强现实体验中，无法享受到完整的虚拟与实际环境的融合，从而降低了用户的参与度和体验质量。渲染帧率的下降使得用户无法充分感受到增强现实技术所带来的沉浸式体验，影响了用户对应用的认可度和满意度。

渲染帧率下浮指数获取的逻辑如下：

在实景三维地图上增强现实过程中，获取数据和图形进行处理时在固定时长窗口内每一帧画面的时间戳；

计算相邻两帧画面的时间间隔，/>；

计算平均帧间隔时间，计算的表达式为：，式中，/>表示平均帧间隔时间，N表示固定时长窗口内渲染的总帧数；

计算渲染帧率，渲染帧率的计算表达式为：，式中，/>表示渲染帧率；

计算渲染帧率下浮指数，计算的表达式为：，式中，/>表示渲染帧率下浮指数，/>表示期望的最大渲染帧率；

根据设备的硬件规格和性能能力来设定最大渲染帧率。通常，设备制造商会提供设备的技术规格，其中包括设备的屏幕刷新率或支持的最大帧率。例如，普通手机屏幕的刷新率通常为60Hz，而一些高端设备可能支持更高的刷新率，如90Hz或120Hz。根据设备的刷新率，可以将其作为最大渲染帧率。

由计算公式可知，在实景三维地图上增强现实过程中，数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的渲染帧率下浮指数的表现值越大，则表明应用在性能上无法对数据和图形进行高效处理，导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确、在移动过程中出现抖动和错位或者导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟的隐患越大，反之则表明应用在性能上无法对数据和图形进行高效处理，导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确、在移动过程中出现抖动和错位或者导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟的隐患越小。

数据加载速度的浮动较大会对增强现实应用产生多方面的负面影响，首先，虚拟元素定位和对齐不准确：数据加载速度的不稳定性会导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确。当数据加载速度波动较大时，虚拟元素的更新频率可能无法与实际环境保持同步，导致虚拟元素的位置与实景地图中的实际位置不匹配，出现抖动、错位等问题。这会降低用户对虚拟元素的信任度，使其感到困惑和混乱，从而降低了增强现实内容的真实感和可信度。其次，数据加载速度的不稳定性可能导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟，极大地降低了用户体验。当用户在应用中进行交互或移动时，若数据加载速度波动较大，可能会导致用户感觉到操作不流畅、反应迟钝，甚至出现卡顿现象。这种不良的用户体验会降低用户的参与度和满意度，从而影响应用的受欢迎程度和用户留存率。

数据加载速度浮动指数获取的逻辑如下：

在固定时长窗口内，记录每一次数据加载操作的耗时，共记录M次加载操作；

设置滑动窗口的大小W，从第k次加载操作开始，将最新的W次加载速度加入窗口，计算滑动窗口内的加载速度，公式如下：/>，式中，D为每次加载操作所加载的数据量；

根据滑动窗口内的加载速度，计算加载速度/>的标准差/>，标准差表示数据的离散程度，用于衡量加载速度的浮动性，标准差/>的计算公式如下：，式中，/>为滑动窗口内加载速度/>的均值；

计算数据加载速度浮动指数，计算的表达式为：，式中，表示数据加载速度浮动指数；

需要说明的是，在实景三维地图上增强现实过程中，数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的数据加载速度浮动指数的表现值越大，则表明在固定时长窗口内数据加载速度浮动的情况越剧烈，反之则表明在固定时长窗口内数据加载速度浮动的情况越不剧烈。

由计算公式可知，在实景三维地图上增强现实过程中，数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的数据加载速度浮动指数的表现值越大，则表明应用在性能上无法对数据和图形进行高效处理，导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确、在移动过程中出现抖动和错位或者导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟的隐患越大，反之则表明应用在性能上无法对数据和图形进行高效处理，导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确、在移动过程中出现抖动和错位或者导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟的隐患越小。

在实景三维地图上增强现实过程中，地图纹理贴图压缩过度可能会导致以下问题，首先，地图纹理贴图过度压缩会导致地图细节丢失或模糊，虚拟元素可能无法准确地与实景地图进行匹配和对齐，导致在用户视觉上出现不准确的位置和对齐，从而降低了增强现实内容的真实感和可信度。用户可能会感到困惑和混乱，无法准确理解虚拟元素在实际环境中的位置和关联。其次，当地图纹理贴图压缩过度时，系统可能无法及时正确加载和渲染纹理，导致在用户移动或改变视角时出现抖动、模糊或错位的情况。这会使用户感觉到视觉体验不流畅，降低了增强现实内容的真实感和可信度，甚至可能引起用户头晕、眩晕等不适感。最后，过度压缩的地图纹理贴图可能导致应用在性能上受限，无法高效地加载、显示和交互。这会导致增强现实应用在用户操作时出现卡顿、延迟或反应迟钝的现象，极大地降低了用户体验。用户可能会感到操作不流畅，无法快速、准确地与虚拟元素进行交互，从而影响了应用的可用性和易用性

地图纹理贴图压缩丰度指数获取的逻辑如下：

在固定时长窗口内，获取一组原始贴图和对应的压缩后贴图/>；

计算原始贴图像素亮度和压缩后贴图像素亮度的均值和方差；

原始贴图像素亮度和压缩后贴图像素亮度均值计算如下：，，式中，/>表示原始贴图像素亮度，/>表示压缩后贴图像素亮度，P表示贴图像素总数，/>表示原始贴图像素亮度均值，/>表示压缩后贴图像素亮度均值；

原始贴图像素亮度和压缩后贴图像素亮度方差计算如下：，/>，式中，/>表示原始贴图像素亮度方差，/>表示压缩后贴图像素亮度方差；

计算原始贴图和压缩后贴图的协方差，公式如下：；

计算原始贴图和压缩后贴图之间的结构相似性指数，计算的表达式为：，式中，/>和/>是常数，用于稳定除法的分母，/>和通常是一个很小的正数，避免分母为0或者接近0而引起的数值不稳定问题；

计算地图纹理贴图压缩丰度指数，计算的表达式为：，式中，/>表示地图纹理贴图压缩丰度指数。

由计算公式可知，在实景三维地图上增强现实过程中，数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的地图纹理贴图压缩丰度指数的表现值越大，则表明应用在性能上无法对数据和图形进行高效处理，导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确、在移动过程中出现抖动和错位或者导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟的隐患越大，反之则表明应用在性能上无法对数据和图形进行高效处理，导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确、在移动过程中出现抖动和错位或者导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟的隐患越小。

将在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的渲染帧率下浮指数、数据加载速度浮动指数/>以及地图纹理贴图压缩丰度指数/>进行综合分析，生成负增强现实综合考量系数/>，依据的公式为：

；

式中，、/>、/>分别为渲染帧率下浮指数/>、数据加载速度浮动指数以及地图纹理贴图压缩丰度指数/>的预设比例系数，且/>、/>、/>均大于0。

由计算公式可知，在实景三维地图上增强现实过程中，数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的渲染帧率下浮指数的表现值越大、数据加载速度浮动指数的表现值越大、地图纹理贴图压缩丰度指数的表现值越大，即在实景三维地图上增强现实过程中，数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的负增强现实综合考量系数的表现值越大，则表明应用在性能上无法对数据和图形进行高效处理，导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确、在移动过程中出现抖动和错位或者导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟的隐患越大，反之则表明应用在性能上无法对数据和图形进行高效处理，导致虚拟元素在实景地图上的定位和对齐不准确、在移动过程中出现抖动和错位或者导致增强现实应用在加载、显示和交互过程中出现卡顿和延迟的隐患越小。

将在实景三维地图上增强现实过程中，数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的负增强现实综合考量系数与预先设定的负增强现实综合考量系数参考阈值进行比对分析，比对分析的结果如下：

若负增强现实综合考量系数大于等于负增强现实综合考量系数参考阈值，则生成负增强现实信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成负增强现实信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时存在异常；

若负增强现实综合考量系数小于负增强现实综合考量系数参考阈值，则生成增强现实信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成增强现实信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时未存在异常。

感知到在实景三维地图上增强现过程中数据图形处理存在异常时，对异常进行判断，在非偶然异常情况下，发出预警提示通知相关人员及时对异常进行维护管理，保障用户体验；

若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成负增强现实信号，则将后续生成的若干个负增强现实综合考量系数建立分析集合，将分析集合内的负增强现实综合考量系数与负增强现实综合考量系数参考阈值进行比对分析后，计算隐患程度系数，计算的表达式为：/>，式中，表示分析集合内大于负增强现实综合考量系数参考阈值的负增强现实综合考量系数，m表示分析集合内大于负增强现实综合考量系数参考阈值的负增强现实综合考量系数的数量；

将隐患程度系数与预先设定的隐患程度系数参考阈值进行比对分析，比对分析的结果如下：

若隐患程度系数大于等于隐患程度系数参考阈值，则生成非偶然信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时生成非偶然信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时存在非偶然异常，则发出预警提示通知相关人员及时对异常进行维护管理，保障用户体验；

若隐患程度系数小于隐患程度系数参考阈值，则生成偶然信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时生成偶然信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时存在偶然异常，则继续让用户进行高效体验。

本发明通过建立实时监控系统，对数据和图形处理过程中的性能参数进行持续监测和分析，能够及时发现潜在的异常情况，从而提前预警并采取相应措施，有助于避免异常情况进一步恶化，保障用户体验，提升增强现实应用的稳定性和可靠性；

本发明提出了针对不同异常情况的差异性信号处理方案，通过分析综合考量系数和隐患程度系数，将异常情况划分为偶然和非偶然两种类型，有针对性地采取不同的应对措施，对于偶然异常，采取保守策略，继续让用户进行高效体验；对于非偶然异常，则发出预警提示，及时进行维护管理，以保障用户体验，避免不必要的干预，保持用户体验的稳定性。

本发明提供了如图2所示的基于在实景三维地图上增强现实的系统，包括地图数据处理与转换模块、实景三维地图构建模块、增强现实内容设计模块、增强现实引擎选择与实现模块、实时监控与性能感知模块以及异常处理与预警通知模块；

地图数据处理与转换模块，获取需要展示的地图数据，对地图数据进行处理和转换，适应增强现实应用的需求；

实景三维地图构建模块，利用地图数据构建实景三维地图模型；

增强现实内容设计模块，确定增强现实中需要展示的内容，设计增强现实内容的图形元素和样式，以确保与地图场景相匹配且易于识别；

增强现实引擎选择与实现模块，选择增强现实引擎或框架，利用编程语言和AR技术实现增强现实功能；

实时监控与性能感知模块，对在实景三维地图上增强现实时的数据图形处理过程进行实时监控，智能化感知数据图形处理的性能隐患；

异常处理与预警通知模块，感知到在实景三维地图上增强现过程中数据图形处理存在异常时，对异常进行判断，在非偶然异常情况下，发出预警提示通知相关人员及时对异常进行维护管理，保障用户体验；

本发明实施例提供的基于在实景三维地图上增强现实的方法，通过上述基于在实景三维地图上增强现实的系统来实现，基于在实景三维地图上增强现实的系统的具体方法和流程详见上述基于在实景三维地图上增强现实的方法的实施例，此处不再赘述。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.基于在实景三维地图上增强现实的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取需要展示的地图数据，对地图数据进行处理和转换，适应增强现实应用的需求；

利用地图数据构建实景三维地图模型；

确定增强现实中需要展示的内容，设计增强现实内容的图形元素和样式，以确保与地图场景相匹配且易于识别；

选择增强现实引擎或框架，利用编程语言和AR技术实现增强现实功能；

对在实景三维地图上增强现实时的数据图形处理过程进行实时监控，智能化感知数据图形处理的性能隐患；

获取在实景三维地图上增强现实时进行数据图形处理的渲染帧率信息、数据加载速度以及地图纹理贴图压缩信息，获取后，对渲染帧率信息、数据加载速度以及地图纹理贴图压缩信息进行处理后分别生成渲染帧率下浮指数、数据加载速度浮动指数以及地图纹理贴图压缩过度指数；

渲染帧率下浮指数获取的逻辑如下：

在实景三维地图上增强现实过程中，获取数据和图形进行处理时在固定时长窗口内每一帧画面的时间戳；

计算相邻两帧画面的时间间隔，/>；

计算平均帧间隔时间，计算的表达式为：，式中，/>表示平均帧间隔时间，N表示固定时长窗口内渲染的总帧数；

计算渲染帧率，渲染帧率的计算表达式为：，式中，/>表示渲染帧率；

计算渲染帧率下浮指数，计算的表达式为：，式中，/>表示渲染帧率下浮指数，/>表示期望的最大渲染帧率；

数据加载速度浮动指数获取的逻辑如下：

在固定时长窗口内，记录每一次数据加载操作的耗时，共记录M次加载操作；

设置滑动窗口的大小W，从第k次加载操作开始，将最新的W次加载速度加入窗口，计算滑动窗口内的加载速度，公式如下：/>，式中，D为每次加载操作所加载的数据量；

根据滑动窗口内的加载速度，计算加载速度/>的标准差/>，标准差表示数据的离散程度，用于衡量加载速度的浮动性，标准差/>的计算公式如下：，式中，/>为滑动窗口内加载速度/>的均值；

计算数据加载速度浮动指数，计算的表达式为：，式中，表示数据加载速度浮动指数；

地图纹理贴图压缩丰度指数获取的逻辑如下：

在固定时长窗口内，获取一组原始贴图和对应的压缩后贴图/>；

计算原始贴图像素亮度和压缩后贴图像素亮度的均值和方差；

原始贴图像素亮度和压缩后贴图像素亮度均值计算如下：，，式中，/>表示原始贴图像素亮度，/>表示压缩后贴图像素亮度，P表示贴图像素总数，/>表示原始贴图像素亮度均值，/>表示压缩后贴图像素亮度均值；

原始贴图像素亮度和压缩后贴图像素亮度方差计算如下：，，式中，/>表示原始贴图像素亮度方差，/>表示压缩后贴图像素亮度方差；

计算原始贴图和压缩后贴图的协方差，公式如下：；

计算原始贴图和压缩后贴图之间的结构相似性指数，计算的表达式为：，式中，/>和/>是常数，用于稳定除法的分母；

计算地图纹理贴图压缩丰度指数，计算的表达式为：，式中，/>表示地图纹理贴图压缩丰度指数；

将在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的渲染帧率下浮指数、数据加载速度浮动指数/>以及地图纹理贴图压缩丰度指数/>进行综合分析，生成负增强现实综合考量系数/>，依据的公式为：；

式中， 、/>、分别为渲染帧率下浮指数/>、数据加载速度浮动指数以及地图纹理贴图压缩丰度指数/>的预设比例系数，且/>、/>、/>均大于0；

感知到在实景三维地图上增强现过程中数据图形处理存在异常时，对异常进行判断，在非偶然异常情况下，发出预警提示通知相关人员及时对异常进行维护管理，保障用户体验。

2.根据权利要求1所述的基于在实景三维地图上增强现实的方法，其特征在于，将在实景三维地图上增强现实过程中，数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成的负增强现实综合考量系数与预先设定的负增强现实综合考量系数参考阈值进行比对分析，比对分析的结果如下：

若负增强现实综合考量系数大于等于负增强现实综合考量系数参考阈值，则生成负增强现实信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成负增强现实信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时存在异常；

若负增强现实综合考量系数小于负增强现实综合考量系数参考阈值，则生成增强现实信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成增强现实信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时未存在异常。

3.根据权利要求1所述的基于在实景三维地图上增强现实的方法，其特征在于，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时在固定时长窗口内生成负增强现实信号，则将后续生成的若干个负增强现实综合考量系数建立分析集合，将分析集合内的负增强现实综合考量系数与负增强现实综合考量系数参考阈值进行比对分析后，计算隐患程度系数，计算的表达式为：/>，式中，/>表示分析集合内大于负增强现实综合考量系数参考阈值的负增强现实综合考量系数，m表示分析集合内大于负增强现实综合考量系数参考阈值的负增强现实综合考量系数的数量。

4.根据权利要求3所述的基于在实景三维地图上增强现实的方法，其特征在于，将隐患程度系数与预先设定的隐患程度系数参考阈值进行比对分析，比对分析的结果如下：

若隐患程度系数大于等于隐患程度系数参考阈值，则生成非偶然信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时生成非偶然信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时存在非偶然异常，则发出预警提示通知相关人员及时对异常进行维护管理，保障用户体验；

若隐患程度系数小于隐患程度系数参考阈值，则生成偶然信号，若在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时生成偶然信号，则表明在实景三维地图上增强现实过程中数据和图形进行处理时存在偶然异常，则继续让用户进行高效体验。

5.基于在实景三维地图上增强现实的系统，用于实现上述权利要求1-4中任意一项所述的基于在实景三维地图上增强现实的方法，其特征在于，包括地图数据处理与转换模块、实景三维地图构建模块、增强现实内容设计模块、增强现实引擎选择与实现模块、实时监控与性能感知模块以及异常处理与预警通知模块；

地图数据处理与转换模块，获取需要展示的地图数据，对地图数据进行处理和转换，适应增强现实应用的需求；

实景三维地图构建模块，利用地图数据构建实景三维地图模型；

增强现实内容设计模块，确定增强现实中需要展示的内容，设计增强现实内容的图形元素和样式，以确保与地图场景相匹配且易于识别；

增强现实引擎选择与实现模块，选择增强现实引擎或框架，利用编程语言和AR技术实现增强现实功能；

实时监控与性能感知模块，对在实景三维地图上增强现实时的数据图形处理过程进行实时监控，智能化感知数据图形处理的性能隐患；

异常处理与预警通知模块，感知到在实景三维地图上增强现过程中数据图形处理存在异常时，对异常进行判断，在非偶然异常情况下，发出预警提示通知相关人员及时对异常进行维护管理，保障用户体验。