TWI843315B - 在擴增實境中融合環景影像之方法及執行該方法之電腦程式產品 - Google Patents
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Abstract
本案揭示一種在擴增實境中融合環景影像之方法及執行該方法之電腦程式產品，所揭方法包括根據行動裝置所取得之即時影像於預建立之空間地圖中定位出行動裝置的所在位置，以自預獲取之基於空間地圖的複數環景影像中搜尋出與行動裝置的所在位置對應之環景影像，進而根據行動裝置的所在位置、環景影像的空間位置、行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，自環景影像中擷取出套疊影像、識別出平面、決定套疊影像在平面上的套疊範圍，俾根據套疊範圍將疊影像套疊於平面上。
Description
本案係關於一種擴增實境技術，詳而言之，係關於一種在擴增實境中融合環景影像之方法及電腦程式產品。
擴增實境(Augmented Reality；AR)可將資訊、圖像、物件、影音等內容，藉由行動裝置、頭戴式顯示器或抬頭顯示器等電子產品，以虛擬方式呈現在現實環境中，達到虛實整合而同時呈現之效果。
隨著行動電子裝置運算能力的提升，擴增實境的用途也越來越廣。除了應用於遊戲之外，擴增實境也應用於各種展覽、路線導引或網路導購中。舉例來說，將虛擬的路線導引箭頭，顯示在電子產品畫面上的展場真實環境中，以導引或推薦使用者參觀路線。
然而，先前技術中並無法將原本在平面之後而看不到的影像融合於該平面上，並配合使用者行動裝置的位置及行動裝置上的攝影鏡頭
的視角變化而動態改變，達到讓使用者在不同的位置和角度，能較佳地看到對應影像的透視效果。
因此，如何克服上述缺失，及/或開發更多不同的擴增實境應用情境，為目前業界亟待研界之議題。
為解決上述問題及其他問題，本案揭示一種在擴增實境中融合環景影像之方法及執行該方法之電腦程式產品。
本案所揭之在擴增實境中融合環景影像之方法係包括下列步驟：根據一行動裝置所取得之一即時影像，於預建立的一空間地圖中定位出該行動裝置的所在位置，以根據該行動裝置的所在位置，自預獲取的基於該空間地圖之複數環景影像中搜尋出與該行動裝置的所在位置對應的一環景影像；根據該行動裝置的所在位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，自該環景影像中擷取出一套疊影像；以及根據該行動裝置的所在位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，識別出一平面，以決定該套疊影像在該平面上的套疊範圍，俾根據該套疊範圍，將該套疊影像套疊於該平面上。
於一實施例中，所述根據該行動裝置的所在位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，自該環景影像中擷取出一套疊影像之步驟係包括：根據該行動裝置的所在位置與該環景影像的空間位置之間的距離、該環景影像的空間位置與該環景影像中一給定
點之距離、該行動裝置的所在位置與該環景影像中該給定點之間的距離，決定該套疊影像之大小。
於一實施例中，所述根據該行動裝置的所在位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，自該環景影像中擷取出一套疊影像之步驟係包括：根據該環景影像的空間位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之水平視角範圍和垂直視角範圍，確認在該環景影像上的影像水平範圍和影像垂直範圍，以根據在該環景影像上的影像水平範圍和影像垂直範圍，自該環景影像中擷取出該套疊影像。
於一實施例中，所述根據該行動裝置的所在位置、該環景影像的空間位置，識別出一平面，以決定該套疊影像在該平面上的套疊範圍之步驟係包括：連接該行動裝置的所在位置與該環景影像的空間位置成一直線，沿該直線的方向於該行動裝置的所在位置與該環景影像的空間位置之間識別出該平面；以及連接該行動裝置的所在位置與在該環景影像上的影像水平範圍的端點和影像垂直範圍的端點，以確認在該平面上的套疊水平範圍和套疊垂直範圍。
於一實施例中，所述根據該套疊範圍，將該套疊影像套疊於該平面上之步驟係包括：將該平面之對應該套疊範圍的部分濾除，以將該套疊影像套疊於該平面的該部分。於另一實施例中，所述根據該套疊範圍，將該套疊影像套疊於該平面上之步驟係包括：根據該行動裝置的所在位置與該平面之間的距離，決定該平面之對應該套疊範圍的部分之透明度，其中，該透明度係與該距離成反比。於又一實施例中，所述根據該套疊範圍，
將該套疊影像套疊於該平面上之步驟係包括：將該套疊影像處理成透明，以將呈透明的該套疊影像套疊於該平面上。
於一實施例中，該行動裝置之該即時影像係包括該行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊。於另一實施例中，該複數環景影像係具有各自的該空間地圖的空間坐標資訊、方位角資訊、及/或深度資訊。
本案所揭之電腦程式產品，經電腦載入後執行上述之在擴增實境中融合環景影像之方法。
根據本案所揭之在擴增實境中融合環景影像之方法及執行該方法之電腦程式產品，能將原本在平面之後而看不到的影像，融合於該平面上，並能配合使用者行動裝置的位置及行動裝置上的攝影鏡頭的視角變化而動態改變，達到讓使用者在不同的位置和角度，能較佳地看到對應影像的透視效果。
S201~S208:步驟
P1:行動裝置的所在位置
P2:平面的位置
P2-1:平面上一點的位置
P2-2:平面上另一點的位置
P3:環景影像的空間位置
P4:交會點
P5:環景影像中一給定點
E1、E2:環景影像上的水平範圍端點
E3、E4:環景影像上的垂直範圍端點
R1:影像水平範圍
R2:影像垂直範圍
d1:景深
d2:距離
d3:景深
d4:距離
d5:距離
θ 1:方向角
圖1係為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的流程示意圖。
圖2係為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的自環景影像擷取出套疊影像的示意圖。
圖3係為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的自環景影像擷取出套疊影像的示意圖。
圖4係為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的決定套疊影像的大小之示意圖。
圖5係為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的決定套疊影像的大小之示意圖。
圖6係為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的決定平面之對應套疊範圍的部分之透明度的示意圖。
以下藉由特定的實施例說明本案之實施方式，熟習此項技藝之人士可由本文所揭示之內容輕易地瞭解本案之其他優點及功效。本說明書所附圖式所繪示之結構、比值、大小等均僅用於配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，非用於限定本案可實施之限定條件，故任何修飾、改變或調整，在不影響本案所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本案所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。
於本文中所用之術語「包括」、「包含」、「具有」、「含有」或其任何其他變體都旨在涵蓋非排他性的包含。例如，由一系列步驟組成的方法不一定只限於這些步驟，還可能包括沒有明確列出的其他步驟。此外，除非另有說明，單數形式的措辭，如「一」、「一個」、「該」也適用於複數形式，而「或」、「及/或」等措辭可互換使用。
請參閱圖1，其為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的流程示意圖，主要包括步驟S201~S208。
於步驟S201中，建立空間地圖。於一實施例中，透過擷取一空間的多個特徵點，來預建立該空間的地圖坐標系。接著進至步驟S202。
於步驟S202中，獲取基於空間地圖之複數環景影像。例如，在該空間地圖的坐標系中一空間位置拍攝一環景影像，重複執行以獲取更多基於該空間地圖的環景影像，且各個環景影像都帶有此空間地圖的參考點座標，以作為後續搜尋和定位之用。此外，各個環景影像都具有方位角資訊及/或深度資訊、或是可推導出方位角及/或深度的相關資訊。接著進至步驟S203。
於步驟S203中，根據行動裝置所取得之即時影像，於空間地圖中定位出行動裝置的所在位置。詳言之，該即時影像具有行動裝置上攝影鏡頭拍攝的方位角資訊及/或視角資訊，而在定位過程中能得知該行動裝置在該空間地圖的空間坐標。接著進至步驟S204。
於步驟S204中，根據行動裝置所在位置，於複數環景影像中搜尋出與行動裝置的所在位置對應的環景影像，其中，與行動裝置的所在位置對應的環景影像的空間位置需處於行動裝置上攝影機的視角範圍內。另外，若行動裝置定位的所在位置(即，行動裝置的空間坐標)離環景影像的空間位置(即，環景影像的參考點座標)過遠(即超過一預設值)，則不會顯示該環景影像。接著進至步驟S205。
於步驟S205中，根據行動裝置的所在位置、環景影像的空間位置、行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，自環景影像中擷取出套疊影像。於一實施例中，先根據該環景影像的空間位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之水平視角範圍和垂直視角範圍，確認在該環景影像上的影像水平範圍和影像垂直範圍，再根據在該環景影像上的影像水平範圍和影像垂直範圍，自該環景影像中擷取出該套疊影像。於另一實施例中，根據該行動裝置的所在
位置與該環景影像的空間位置之間的距離、該環景影像的空間位置與該環景影像中一給定點之距離、該行動裝置的所在位置與該環景影像中該給定點之間的距離，決定該套疊影像之大小，以符合遠物小、近物大的效果。接著進至步驟S206。
於步驟S206中，根據行動裝置的所在位置、環景影像的空間位置，識別出平面。於一實施例中，連接該行動裝置的所在位置與該環景影像的空間位置成一直線，沿該直線的方向於該行動裝置的所在位置與該環景影像的空間位置之間識別出該平面。接著進至步驟S207。
於步驟S207中，根據行動裝置的所在位置、環景影像的空間位置、行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，決定套疊影像在平面上的套疊範圍。於一實施例中，連接該行動裝置的所在位置與在該環景影像上的影像水平範圍的端點和影像垂直範圍的端點，以確認在該平面上的套疊水平範圍和套疊垂直範圍。於另一實施例中，該套疊影像在該平面上的該套疊範圍可為圓形，或者包含上述套疊水平範圍和套疊垂直範圍之任意形狀。接著進至步驟S208。
於步驟S208中，根據套疊範圍，將套疊影像套疊於平面上。於一實施例中，將該平面之對應該套疊範圍的部分濾除，以使該套疊影像以不透明方式呈現於該平面上。於另一實施例中，根據該行動裝置的所在位置與該平面之間的距離，決定該平面之對應該套疊範圍的部分之透明度，其中，該透明度係與該距離成反比。於又一實施例中，將該套疊影像處理為透明，以將呈透明的該套疊影像套疊於該平面上。
由圖1所示之本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的實施例，可知本案能在擴增實境的環境中增加透視的效果，且因其採用的實際位置的環景影像，並可隨著使用者的位置、視角來調整透視的範圍，來達到逼真的效果，更可有效利用擴增實境中空白的平面空間，較佳地作為廣告的訴求。
於一實施例中，本案之方法可執行在例如伺服器、電腦或其他具有資料處理、運算、儲存、網路通聯等功能的一個單獨或多個集合之設備中，其中，該伺服器、電腦或設備包括中央處理器、硬碟、記憶體等。
此外，本案之電腦程式產品係經由電腦載入程式後執行該方法。另外，電腦程式(產品)除可儲存於記錄媒體外，亦可在網路上直接傳輸提供，電腦程式(產品)係為載有電腦可讀取之程式且不限外在形式之物。
另外，本案還提供一種電腦可讀取記錄媒體，係應用於具有處理器及/或記憶體之計算設備或電腦中，且電腦可讀取記錄媒體儲存有指令，並可利用計算設備或電腦透過處理器及/或記憶體執行電腦可讀取記錄媒體，以於執行電腦可讀取記錄媒體時執行上述方法及/或內容。所述電腦可讀取紀錄媒體(例如硬碟、軟碟、光碟、USB隨身碟)係儲存有該電腦程式(產品)。
於一實施例中，步驟S201至S208可在雲端電腦執行，其中，雲端電腦包括電腦處理器和電腦程式(產品)(或稱非暫時性電腦可讀儲存媒體)，該電腦程式(產品)由該電腦處理器執行以執行上述步驟。另外，在步驟S203時，用戶端行動裝置可利用載入於電子產品(例如行動裝置、
頭戴式顯示器或抬頭顯示器等)之應用程式(例如APP)，將其所拍攝的即時影像傳輸至雲端電腦，以供雲端電腦對該用戶端行動裝置定位，而在步驟S206之時或之前，雲端電腦可將環景影像的空間位置傳輸至用戶端行動裝置，以供用戶端裝置據以識別出該平面。
接著請參閱圖2至圖6，其說明本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的具體實施例，其中，圖2和圖3顯示為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的自環景影像擷取出套疊影像的示意圖，圖4顯示為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的決定套疊影像的大小之示意圖，圖5顯示為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的決定套疊影像的大小之示意圖，圖6顯示為本案之在擴增實境中融合環景影像之方法的決定平面之對應套疊範圍的部分之透明度的示意圖。
如圖2和圖3所示，連接行動裝置的所在位置P1與環景影像的空間位置P3成一直線，進而延長該直線以交會於環景影像於交會點P4，從交會點P4沿著水平平面，分別向順時鐘和逆時鐘共取約120度的影像水平範圍R1(即，符合人類雙眼視角的水平視角範圍即可)，從交會點P4沿著垂直平面，往上和往下共取約55度的影像垂直範圍R2(即，符合人類雙眼視角的垂直視角範圍即可)。藉此，獲得在該環景影像上的水平範圍端點E1、E2，以及在該環景影像上的垂直範圍端點E3、E4。
另外，如圖2和圖3所示，連接行動裝置的所在位置P1與環景影像的空間位置P3成一直線，透過一可提供景深的攝影鏡頭和可識別空間中平面的軟體(例如ARKit/ARCore)等，沿著該直線方向可識別出一平面，平面的位置為P2。連接P1與在該環景影像上的水平範圍端點E1、E2，以及連接P1與在
該環景影像上的垂直範圍端點E3、E4，這些連線在該平面上產生四個交點，以在該平面上劃出套疊範圍，此套疊平面範圍可為任意平面形狀，只要能包含該平面上的四個點交點即可。於一實施例中，套疊範圍的計算可由雲端電腦或用戶端裝置執行，例如在雲端電腦上執行套疊範圍的計算。
如圖4所示，行動裝置的所在位置P1到平面的位置P2的距離為景深d1，此資訊可從空間識別軟體(如ARKit/ArCore)得知，而行動裝置的所在位置P1到環景影像的空間位置P3之間的距離為d2，這是因為兩者位置皆採用相同的定位坐標系統，因此可經計算得知。於一實施例中，圖4中的計算可由雲端電腦或用戶端裝置執行，例如在雲端電腦上執行。
此外，環景影像的空間位置P3到環景影像中一給定點P5的距離為景深d3，此可從環景影像中得知，而行動裝置的所在位置P1至環景影像的空間位置P3的直線交會於環景影像為交會點P4，環景影像的空間位置P3至交會點P4之間有距離d4，則交會點P4至環景影像中一給定點P5之間有方向角θ 1，則根據三角函數計算，如圖5所示，可推得行動裝置的所在位置P1至環景影像中一給定點P5的距離d5如下：
藉由行動裝置的所在位置P1至環景影像中一給定點P5的距離d5，可對要套疊於平面上的套疊影像合適的大小縮放，來達到遠物小，近物大的視覺效果，避免了不管從那個角度看環景影像大小都沒變化的問
題，從而增加了透視效果的真實感。於一實施例中，套疊影像的大小縮放可由雲端電腦或用戶端裝置執行，例如在雲端電腦上執行套疊影像的大小縮放。
另外，透視的效果可以有多種選擇，可以選擇用透明度來將套疊影像套疊於一平面上，也可把平面上的部分真實平面影像濾掉，直接讓在平面之後的套疊影像顯出來，像是電視牆般的效果，也可更精確的利用攝影鏡頭到識別平面不同的景深資訊，來做為透明度的參數。如圖6所示，讓較靠近行動裝置的攝影鏡頭的套疊影像有著較高的透明度，而較遠的套疊影像有著較低的透明度，引導使用者因為想看到全透明的擴增實境效果，而往接近該平面的方向走，來讓行動裝置的攝影鏡頭到該平面的景深(deep of field)一致，且因為愈靠近該平面，該套疊環景影像也會因為使用者靠近而放大，看得更清楚。可透過以下公式來設定該套疊影像所具有的透明度(transparent)。
透明度=較小景深/較大景深=d1-1/d1-2。
例如，行動裝置的所在位置P1到平面上一點的位置P2-1之間的距離為d1-1，而行動裝置的所在位置P1到平面上另一點的位置P2-2之間的距離為d1-2，如果d1-1為1公尺而d1-2為2公尺，那在d1-1的影像透明度就為100%，而d1-2的影像透明度就只為50%。於一實施例中，圖6中的計算可由雲端電腦或用戶端裝置執行，例如在雲端電腦上執行。
綜上所述，本案之在擴增實境中融合環景影像之方法及執行該方法的電腦程式產品，能應用在導覽導購或商家廣告上，以在導引過程中，藉由透視牆面效果來增加擴增實境(Augmented Reality,AR)導行的內
容豐富度，以增加其便利性與實用性，及增加先前技術無法實現的效果。例如，在室內導覽時，透過透視商品效果來吸引使用者進入商家。又例如，在商家林立的百貨空間中，提供店家混和實境(Mixed Reality,MR)的透明展示櫃效果。
上述實施例僅例示性說明本案之功效，而非用於限制本案，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本案之精神及範疇下對上述該些實施態樣進行修飾與改變。因此本案之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
S201~S208:步驟
Claims (10)
- 一種在擴增實境中融合環景影像之方法，係包括下列步驟：建立一空間地圖，以獲取基於該空間地圖之複數環景影像；根據一行動裝置所取得之一即時影像，於該空間地圖中定位出該行動裝置的所在位置，以根據該行動裝置的所在位置，自該複數環景影像中搜尋出與該行動裝置的所在位置對應的一環景影像；根據該行動裝置的所在位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，自該環景影像中擷取出一套疊影像；以及根據該行動裝置的所在位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，識別出一平面，以決定該套疊影像在該平面上的套疊範圍，俾根據該套疊範圍，將該套疊影像套疊於該平面上。
- 如請求項1所述之方法，根據該行動裝置的所在位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，自該環景影像中擷取出一套疊影像之步驟係包括：根據該行動裝置的所在位置與該環景影像的空間位置之間的距離、該環景影像的空間位置與該環景影像中一給定點之距離、該行動裝置的所在位置與該環景影像中該給定點之間的距離，決定該套疊影像之大小。
- 如請求項1所述之方法，其中，根據該行動裝置的所在位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之方位角資訊及/或視角資訊，自該環景影像中擷取出一套疊影像之步驟係包括：根據該環景影像的空間位置、該環景影像的空間位置、該行動裝置之水平視角範圍和垂直視角範圍，確認在該環景影像上的影像水平範圍和影像垂直範圍， 以根據在該環景影像上的影像水平範圍和影像垂直範圍，自該環景影像中擷取出該套疊影像。
- 如請求項3所述之方法，其中，所述根據該行動裝置的所在位置、該環景影像的空間位置，識別出一平面，以決定該套疊影像在該平面上的套疊範圍之步驟係包括：連接該行動裝置的所在位置與該環景影像的空間位置成一直線，沿該直線的方向於該行動裝置的所在位置與該環景影像的空間位置之間識別出該平面；以及連接該行動裝置的所在位置與在該環景影像上的影像水平範圍的端點和影像垂直範圍的端點，以確認在該平面上的套疊水平範圍和套疊垂直範圍。
- 如請求項1所述之方法，其中，所述根據該套疊範圍，將該套疊影像套疊於該平面上之步驟係包括：將該平面之對應該套疊範圍的部分濾除，以將該套疊影像套疊於該平面的該部分。
- 如請求項1所述之方法，其中，所述根據該套疊範圍，將該套疊影像套疊於該平面上之步驟係包括：根據該行動裝置的所在位置與該平面之間的距離，決定該平面之對應該套疊範圍的部分之透明度，其中，該透明度係與該距離成反比。
- 如請求項1所述之方法，其中，所述根據該套疊範圍，將該套疊影像套疊於該平面上之步驟係包括：將該套疊影像處理成透明，以將呈透明的該套疊影像套疊於該平面上。
- 如請求項1所述之方法，其中，該行動裝置之該即時影像係包括該行動裝置之方位角資訊、及/或視角資訊。
- 如請求項1所述之方法，其中，該複數環景影像係具有各自的該空間地圖的空間坐標資訊、方位角資訊、及/或深度資訊。
- 一種電腦程式產品，經電腦下載後執行如請求項1-9任一項所述之在擴增實境中融合環景影像之方法。
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