CN201535853U - 交互式沙盘系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于实时交互式影像技术所开发的交互式沙盘系统，它包括成像模块，交互模块，基础模型。其中，交互模块包括两种实现方式，一种是触摸交互模块，另一种是非接触式的感应交互模块。交互模块与成像模块连接，成像模块将影像输出到基础模型上。基础模型采用适合成像模块显示影像的材质所制作。在本实用新型中，动态和静态影像信号通过成像模块如投影机投射在立体或者平面基础模型材料上，实现多媒体的沙盘展示效果，同时，采用影像识别技术，观众还可以通过触摸屏或手势感应等交互方式点选、操控沙盘上的多媒体内容显示，实现观众与沙盘的实时互动。解决了现有固定模型沙盘在使用中不易更新，维护困难的难题。本实用新型能够带来直观引人入胜的视觉与感官效果。可以用于规划演示、娱乐、游戏、教学等多种用途。

Description

交互式沙盘系统
技术领域
本实用新型涉及交互式影像处理技术，具体是一种将摄像机/摄像头所捕捉的动作、光线变化进行识别与处理，并将处理后的交互场景显示在立体或平面模型上的系统。
背景技术
传统的沙盘模型多为一次性的，并且制作麻烦，工作量大。而且只能显示一些静态的效果，无法实现人机互动。并且现有的传统沙盘一旦制作好后，就不易搬动和重新安装。
本实用新型的目的在于实现一种新型的交互式沙盘，不但能够做到模型标准化、简易化，还可以实现沙盘动态展示，能够在固定面积的沙盘模型上显示多种沙盘画面，并且可实现非接触式的互动。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述技术问题而提供了一种基于投影成像和实时互动影像技术，不但可以在同一沙盘模型上呈现多层次的画面，还可以实现人与沙盘的互动，达到交互展示的目的。
本实用新型所述的交互式沙盘系统，包括成像模块，交互模块，基础模型。
成像模块为投影机，根据需要安装在天花板上或者墙上。投影机也可以是多台拼接而成的投影机组。
交互模块包括两种类型，一种是非接触式交互模块，包括影像采集设备、影像处理模块、影像分析模块、信息转换模块、影像生成模块和影像输出模块，所述影像采集设备根据需要不同可以安装在天花板、墙体对面等位置，影像处理模块、影像分析模块、信息转换模块、影像生成模块、影像输出模块均集成在计算机内，其中影像处理模块与影像采集设备连接，而影像生成模块与影像输出模块连接。影像输出模块与成像模块连接，将生成的画面输出到成像模块上。上述影像采集设备可以是红外摄像机/摄像头或者其它视频采集设备。
另一种类型的交互模块为接触式交互模块，采用触摸屏形式，包括了触摸屏幕，触摸信号转换模块，影像生成模块和影像输出模块。触摸屏模块作为输入设备，接受用户触摸产生的指令，并将这些指令通过触摸信号转换模块传送到影像生成模块，再由影像生成模块将生成的影像画面通过影像输出模块传送到成像模块上。这其中的触摸信号转换模块、影像生成模块、影像输出模块均集成在计算机内。
基础模型为适合成像模块成像的材料制成，可以是浅色白板或是浅色沙盘模型。
本实用新型能够带来多种引人入胜的视觉与感官效果。可以广泛应用于规划展示、装饰、娱乐、游戏、教学、演示等多个用途。
附图说明
图1：非接触式交互沙盘侧视图(单个投影机版本)；
图2：非接触式交互沙盘侧视图(两个或多个投影机版本)；
图3：触摸式交互沙盘侧视图；
图4：是本实用新型的工作流程图。
图中：1.红外摄像机2.红外辅助光源3.沙盘4.基础模型5.互动区域6.投影机7.触摸屏8.观众9.计算机
具体实施方式
下面以具体图例来说明交互式沙盘系统的结构。
非接触式互动沙盘
图1至图2为采用非接触式交互模块的互动沙盘系统的结构图示。
其中，影像采集设备1如红外摄像机位于需要沙盘基础模型4上，其影像采集范围为互动区域5，红外辅助光源2向沙盘3投射红外光，覆盖面积为互动区域5。投影机6将影像画面投射在沙盘基础模型4上，基础模型4可以为白色或者浅色材质，便于投影机6成像有较好的色彩与亮度。影像处理模块、影像分析模块、信息转换模块、影像生成模块、影像输出模块均集成在计算机9内。
当成像模块为多个显示终端时，需要使用多个采集设备1和红外辅助光源2以确保更好的采集效果和足够的采集范围，如图2所示。在这种情况下，为了将的两台或更多投影机画面进行无缝的拼接，影像输出模块还需要对多个画面进行边缘融合处理。
基于图1和图2这种实施方式的互动沙盘系统，观众8只要在互动区域5内通过手势或者教鞭等物品移动，就能与影像输出模块所播放的画面进行实时互动。
触摸屏式交互沙盘
图3为采用触摸屏为互动模块的互动沙盘结构图示。
其中，触摸屏7作为输入设备，和集成了触摸信号转换模块、影像生成模块、影像输出模块的计算机9相连接。当观众8通过触摸屏7输入指令后，触摸信号转换模块将指令转换后送入影像生成模块，生成的画面通过影像输出模块传递到投影机6，并投射在沙盘基础模型4上。实现画面的变化随观众8的操作而变化。
工作原理
在本实用新型中，当交互模块使用非接触感应方式时，影像采集设备1通过采集设备如一个或多个红外摄像机进行采集并将采集的影像信息输入计算机中。影像分析模块对经过影像处理模块处理的视频和图像信息进行分析比对，分析是否有物体出现，以及相关的运动轨迹。此后信息转换模块对信息数据进行必要的格式转换后通过影像生成模块生成互动影像。
当交互模块使用触摸屏方式时，触摸屏作为输入设备，接受用户触摸产生的指令，并将这些指令通过触摸信号转换模块传送到影像生成模块生成互动影像。
影像输出模块对互动影像进行几何校正处理，使影像能与沙盘基础模型融为一体。最终的影像通过成像模块投射至沙盘基础模型。这样当用户点击触摸屏或者有物体在感应区域出现时会对融于基础模型中的视频、文字、声音等多媒体元素产生影像，从而行成交互。对于使用多个显示终端的情况，影像输出模块内的影像边缘合成模块还要对输出影像进行边缘冗余分割，并对分割好的影像进行边缘叠加，再根据显示终端的亮度进行边缘消融处理，实现每个显示终端的边缘图像均融合连贯。
下面结合附图对本实用新型的工作过程作进一步的说明。
交互模块为本实用新型的重点模块，如图7所示，当交互模块为非接触感应式时，交互模块包含影像采集设备、影像处理模块、影像分析模块、信息转换模块、影像生成模块、影像输出模块。
影像采集设备可通过一个或多个图像采集设备采集使用者的动态或静态图像并传入计算机。
影像处理模块可通过3个子模块对影像做初步的处理，以供分析。1、缩放并转为灰度201，这里先对原始图像进行缩放处理，再转为灰度图，以加快后面的图像处理效率。2、矫正图像202，这里通过预设置的定位点对图像进行错位及拉伸变形矫正，以便分析图像时计算触碰坐标。3、降噪处理203，这个子模块可以去除图像中的噪点，降低干扰。
影像分析模块对初步处理过的图像做进一步处理并分析出使用者触碰区域、触碰方向及速度。首先对当前帧图像与上一帧图像作差分处理301，生成一新图像，此图像主要保存了本帧图像与上一帧的差别信息，再对新图像作阈值处理302，生成黑白图。再通过分析区域内的白点数量得到感应区域中一个或多个运动物体坐标303。接着使用上一帧图像与当前帧图像计算光流304，通过光流可以分析得到运动的点及其运动方向及运动速度，去除速度过小和过大的点，并与303得到的触碰区域取交集，这样就较准确地得到了感应区域内运动物体的坐标及运行方向和速度。
信息转换模块可以把影像分析模块中得到的信息转换为影像生成模块可以识别的信息，其中主要包含了数据格式的转换。
影像生成模块可以根据信息转换模块提供的信息生成互动影像。首先判断是否有多个影像采集设备在同时工作，如果是则先要把多路信息合并501。然后根据触碰信息生成互动影像502。
影像输出模块会对互动影像作几何校正处理601，使其能与沙盘基础模型融为一体。如果显示设备有多个，要先对互动影像进行分割602，并作边缘融合处理603。此模块产生最终影像，并传送给成像模块。
当交互模块为触摸屏式时，交互模块包含触摸屏幕、触摸信号转换模块、影像生成模块、影像输出模块。其中的影像生成模块与影像输出模块和非接触感应式相同。
触摸屏幕作为终端控制设备，用户可以点击屏幕产生触摸指令。
触摸信号转换模块，可以将用户点击屏幕产生的原始指令翻译成对应的功能指令，并传送给影像生成模块。
影像生成模块与影像输出模块使用与非接触感应式相同的方法生成互动影像并传送给成像模块。
成像模块将最终的互动影像投影到沙盘基础模型。
以上所揭露的仅为本实用新型的部分实施例，不能以此来限定本实用新型的权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种可以实现人与虚拟沙盘影像和沙盘模型交互的沙盘系统，其特征是：它包括成像模块，交互模块，基础模型，其中，交互模块包括两种实现方式，一种是触摸交互模块，另一种是非接触式的感应交互模块，交互模块与成像模块连接，成像模块将影像输出到基础模型上，基础模型采用适合成像模块显示影像的材质所制作。
2.根据权利要求1所述的交互式沙盘系统，其特征是：所述成像模块是投影机。
3.根据权利要求1所述的交互式沙盘系统，其特征是：所述交互模块采用的是触摸交互模块方式，触摸交互模块包括有触摸屏幕、触摸信号转换模块、影像生成模块和影像输出模块，其中触摸屏幕与触摸信号转换模块连接，触摸信号转换模块、影像生成模块和影像输出模块均集成在计算机内，影像输出模块与成像模块连接。
4.根据权利要求1所述的交互式沙盘系统，其特征是：所述交互模块采用的是感应交互模块，感应交互模块包括有影像采集设备，影像处理模块、影像分析模块、信息转换模块、影像生成模块和影像输出模块，所述影像采集设备可根据需要安装在沙盘相对的位置如屋顶，影像处理模块、影像分析模块、信息转换模块、影像生成模块和影像输出模块均集成在计算机内，影像处理模块与影像采集设备连接，而影像输出模块与成像模块连接。其中影像采集设备是红外摄像机、摄像头或其他配合辅助红外光源的视频采集捕捉设备。
5.根据权利要求2所述的交互式沙盘系统，其特征是：所述成像可以有多个拼接或设在多个不同区域，以实现更大尺寸和显示面积的交互式沙盘。
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