[发明专利]基于增强现实交互技术的真三维设计方法

权利要求书

1.一种基于增强现实交互技术的真三维设计方法，其特征在于包括以下操作步骤：

1)：初始化系统环境，配置系统参数，扫描和检查系统设备；

2)：对固定于头盔显示器上的双目摄像头进行标定，并用采集真实场景，获得原始视频图像；

3)：设计算法对磁力跟踪器进行误差校正，并利用校正过的跟踪数据完成对设计人员头部、手部的实时方位跟踪以及虚拟模型的三维注册；

4)：设计算法对数据手套进行归一化处理，并利用归一化过的数据实时获取设计人员手指的弯曲状态；

5)：设计算法对设计人员手部的方位跟踪数据和手指弯曲状态进行分析处理，完成碰撞检测、静态手形和动态手势的实时识别；

6)：根据设计人员的输入操作进行虚拟场景实时建模，并根据其视点变化和交互操作对场景模型进行实时变换和渲染,生成反馈动画；

7)：将真实场景视频与虚拟模型无缝融合；

8)：基于立体视觉技术，各类用户分别利用头盔显示器、投影显示或桌面显示器等模式查看设计结果。

2.根据权利要求1所述的基于增强现实交互技术的真三维设计方法，其特征在于所述步骤2）具体包括以下步骤：

2)-1：先用相机拍摄带有棋盘格标识的图片10-20张，要求图像中包括所有棋盘格中角点；

2)-2：调用角点检测程序测出每幅图中的角点以及各个角点在图像中的平面二维坐标(u,v)；

2)-3：假设标志物平面位于世界坐标系的Z=0的平面，自定义原点为左上角的角点，可得到单幅图像中每个角点的世界坐标系坐标(Xw,Yw,0),求得单应性矩阵H；

2)-4：通过多幅图像的单应性矩阵H，即求得相机的内部参数；

2)-5：针对每幅图像的H，利用相机内部参数求得每幅图像中标志物平面的旋转矩阵和平移向量，即相机的外部参数。

3.根据权利要求1所述的基于增强现实交互技术的真三维设计方法，其特征在于所述步骤3）具体包括以下步骤：

3)-1：空间网格的划分；如图2(a)示，设S为系统所用的三维设计工作空间，将其划分为n个小立方体C_i，即S=                                                ，其中，i₁≠i₂有C_i1∩C_i2＝Φ，Φ表示空集；

当小立方体足够小时，则对于位于同一立方体中的两点P₂，P₃有H_P2=H_P3，其中，H_Pi代表点P_i处的磁场强度； 

3)-2：建立磁力跟踪坐标与真实世界坐标的对应表；按照步骤3)-1的空间划分方式，主要是建立小立方体八个顶点的两套坐标之间的对应关系；

3)-3：空间网格的自适应重划分改进；以X坐标为例，如图2(b)所示，定义λ_p=|(x_b`-x<sub>a</sub>`)/l-(x_e`-x<sub>b</sub>`)/l|为单元空间C_p,q,r和C_p+1,q,r在X坐标方向上两套坐标之间的线性差异；对步骤3)-2生成的对应表，为其指定在X坐标方向上的线性差异阈值λ_x^o，若λ_p＞λ_x^o，则将两者合并为一个新的单元空间，并在对应表中修改和删除相应记录，否则，就不进行合并；在Y、Z坐标方向同理；改进后的空间网格如图2(c)所示；

3)-4：定位待校正点；如图2(b)所示，对于被测点P，根据其实时获得的磁力跟踪坐标(x`,y`,z`)，查找步骤3)-3建立的对应表，当x <sub>a</sub>`≤x`＜x<sub>b</sub>`, y _a`≤y`＜y _a1`和z <sub>a</sub>`≤z`＜z <sub>d</sub>`三个条件同时满足时，就把点P定位于单元空间C_p,q,r中；

3)-5：线性插值求取该待校正点的真实世界坐标；以X坐标为例，如图2(b)所示，根据步骤3)-1的假设，在单元空间C_p,q,r中，磁力坐标与真实坐标成线性关系，故有|x-x_a|/l=|x`-x<sub>a</sub>`|/|x_b`-x<sub>a</sub>`|成立，其中l为小立方体在真实世界坐标系下的棱长，则可得出x=±(|x`-x<sub>a</sub>`|/|x_b`-x<sub>a</sub>`|)·l+x_a (当X轴为正半轴时取“＋”，当X轴为负半轴时取“－”)；同理可推出y和z坐标的表达式，正负号取法同X坐标；

在上述五个步骤当中，步骤3)-1、3)-2和3)-3在系统开始运行前离线完成，步骤3)-4和3)-5在系统运行时在线进行，完成对设计人员头部、手部的实时方位跟踪以及虚拟模型的三维注册。