實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明為實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括真實模型與物理設備，其中真實模型是由一個模型底板和若干個真實模型插板拼插而成；物理設備包括：攝像頭、識別模塊、渲染處理模塊、顯示件與存儲器；實現(xiàn)方法是通過物理設備的攝像頭識別拼裝模型的底板標記點，完成在顯示件上觀看真實模型遮擋虛擬物體的效果，從而使畫面更加豐富，進一步提升兒童對早教玩具的興趣。
【專利說明】
實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)及方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及AR兒童早教玩具領域，具體涉及一種實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)及方法。
[0002]
【背景技術】
增強現(xiàn)實(Augmented Reality，簡稱AR)，它是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術，是把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內很難體驗到的實體信息(視覺信息，聲音，味道，觸覺等)，通過電腦等科學技術，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現(xiàn)實的感官體驗。
[0003]現(xiàn)今AR技術多用于在兒童早教玩具領域，而用于兒童早教玩具領域的虛擬現(xiàn)實技術均是真實場景在下層，虛擬物體在上層，從而實現(xiàn)真實世界與虛擬世界的結合，但是現(xiàn)有技術中在未出現(xiàn)在顯示件上觀看真實紙質模型遮擋虛擬物體的效果。
[0004]

【發(fā)明內容】

鑒于上述現(xiàn)有技術的缺陷本發(fā)明提供一種實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)及方法，其可以通過一種簡單的方法完成在顯示件上觀看真實模型遮擋虛擬物體的效果，從而使畫面更加豐富，進一步提升兒童對早教玩具的興趣。
[0005]實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)，其包括真實模型與物理設備，其中真實模型是由一個模型底板和若干個真實模型組件組合而成;所述模型底板上設置若干位置點，每個真實模型組件對應的模型底板上的位置點固定不變;所述模型底板上設置標記點；所述物理設備包括:攝像頭、識別模塊、渲染處理模塊、顯示件與存儲器。
[0006]優(yōu)選真實模型是由一個模型底板和若干個真實紙質模型插板拼插而成的紙質模型，所述模型底板上設置若干插孔，每個真實紙質模型插板對應的插孔固定不變。若干插孔周圍標有編號，若干紙質模型插板上標有編號，兩者編號一一對應。所述編號由數(shù)字及字母組成。優(yōu)選模型底板是珍珠板材質制作的紙模底板，若干個真實紙質模型插板是白卡紙材質制作的紙質拼插件。
[0007]所述的真實模型還可以是由一個模型底板和若干個真實立體模型擺件組合而成的模型，所述模型底板上設置若干擺放點，每個真實紙質模型插板對應的擺放點固定不變。優(yōu)選真實立體模型擺件是對應擺放點擺放在模型底板上的塑料擺件或木頭擺件。
[0008]優(yōu)選顯示件為手機或平板電腦。
[0009]實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的方法，具體步驟如下:
步驟I:獲得真實模型，在真實模型上設置標記點；
步驟2:用渲染處理模塊制作兩個虛擬模型，一個是與真實模型形狀和大小相同的虛擬立體模型，另一個是虛擬物體；
步驟3:用渲染處理模塊進行虛擬立體模型與真實模型的形狀、大小、比例和坐標的對位，并對虛擬立體模型進行深度距離、角度與真實空間匹配的計算；
步驟4:用渲染處理模塊設置虛擬立體模型不可渲染模式，而虛擬物體設置為可渲染模式； 步驟5:在渲染處理模塊中將虛擬物體擺放在虛擬立體模型的后面;使虛擬立體模型在物理設備的顯示器上完全覆蓋真實模型；
步驟6:用存儲器儲存制作好的虛擬立體模型和虛擬物體；
步驟7:用攝像頭捕獲紙質模型的圖像信息與真實模型上的標記點；用識別模塊識別真實模型上的標記點；
步驟8:用渲染處理模塊用于根據(jù)識別出標記點，調用儲存器中儲存的虛擬模型；顯示件顯示出真實模型遮擋虛擬物體的效果。
[0010]實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)優(yōu)選為一種AR立體拼插紙質模型系統(tǒng):其包括紙質模型與物理設備，其中紙質模型是由一個模型底板和若干個真實紙質模型插板拼插而成;所述物理設備包括:攝像頭、識別模塊、渲染處理模塊、顯示件與存儲器;所述模型底板上設置若干插孔，每個真實紙質模型插板對應的插孔固定不變;所述模型底板設置標記點(標記點是印在底板的設計圖)。渲染處理模塊用于制作兩個虛擬模型，具體為利用三維軟件制作兩個虛擬模型，一個是與真實紙質模型插板形狀和大小相同的虛擬立體模型，另一個是為實現(xiàn)可被真實紙模模型遮擋的虛擬物體。渲染處理模塊用于根據(jù)識別標記點，進行虛擬立體模型與真實紙質模型插板的形狀、大小、比例、坐標等對位，并在渲染處理模塊計算虛擬立體紙模模型與真實立體紙模深度距離與角度空間關系，設置為不可渲染的模式，而另一被遮擋的虛擬體設置為可渲染的模式。在渲染處理模塊中將虛擬物體擺放在虛擬立體模型的后面，使虛擬立體模型在物理設備的顯示器上完全覆蓋真實紙質模型插板，存儲器(以下儲存器指設備的運行內存)用于儲存制作好的虛擬立體模型和虛擬物體;攝像頭用于捕獲紙質模型的圖像信息及模型底板上的標記點，識別模塊用于識別模型底板上的標記點，渲染處理模塊用于根據(jù)識別模塊識別出的模型底板上的標記點，調用存儲器內存儲的虛擬模型;顯示件用于顯示真實紙質模型插板遮擋虛擬物體的效果。
[0011]AR立體拼插紙質模型系統(tǒng)的實現(xiàn)方法:通過固定的拼插方式組裝立體紙質模型，利用三維軟件制作兩個模型，一個是與真實紙質模型插板相同形狀比例的虛擬立體模型，另一個是為實現(xiàn)可被真實紙質模型插板遮擋的虛擬物體。通過渲染處理模塊進行虛擬紙質模型與真實紙質模型的形狀、大小、比例、坐標等對位，并在渲染處理模塊計算虛擬立體紙模模型與真實立體紙模深度距離與角度空間關系，設置為不可渲染的模式，而另一被遮擋的虛擬體設置為可渲染的模式。將制作兩個模型儲存在儲存器內，通過渲染處理模塊調用攝像頭，識別模塊識別立體紙模的模型底板的標記點，使虛擬立體模型在物理設備的顯示器上完全覆蓋真實紙質模型插板。由于虛擬立體模型是根據(jù)真實紙質模型插板的形狀比例制作的，并且設置為不可渲染的模式，所以虛擬立體模型可以完全遮擋住真實紙質模型插板，并在物理設備顯示件上顯示的是真實紙質模型插板，虛擬立體模型與真實紙質模型插板完全重疊后，虛擬物體就會在顯示件中顯示被真實紙質模型插板遮擋住的效果。
[0012]本發(fā)明的有益效果:可以通過一種簡單的方法完成在顯示件上觀看真實模型遮擋虛擬物體的效果，還可以看到虛擬物體在真實紙質模型之間穿梭的景象，從而使畫面更加豐富，進一步提升兒童對早教玩具的興趣。同時通過底板與素材的拼插鍛煉兒童的動手能力。真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。
【附圖說明】
[0013]圖1為拼插好紙質模型的示意圖；
圖2為顯示器顯示出的真實場景遮擋虛擬恐龍的示意圖；
圖中:1、背景底板，2、叢林景觀插板。
【具體實施方式】
[0014]AR立體拼插紙質模型系統(tǒng)，其包括場景的紙質模型與物理設備，其中場景的紙質模型是由一個珍珠板材質制作的背景底板I和若干個白卡紙材質制作的叢林景觀插板2拼插而成;所述物理設備包括:攝像頭、識別模塊、渲染處理模塊、顯示件與存儲器;所述背景底板上設置若干插孔，每個叢林景觀插板對應的插孔固定不變;背景底板上設置若干標記點。
[0015]AR立體拼插紙質模型系統(tǒng)的實現(xiàn)方法:利用三維軟件(渲染處理模塊)制作兩個模型，一個是與叢林景觀插板形狀和大小相同的虛擬叢林景觀，另一個是虛擬恐龍。渲染處理模塊進行虛擬叢林景觀與真實叢林景觀插板的形狀、大小、比例、坐標等對位，并通過渲染處理模塊設置虛擬叢林景觀不可渲染，而另一被遮擋的虛擬恐龍設置為可渲染，在渲染處理模塊中將設置可渲染的虛擬恐龍擺放在虛擬叢林景觀的后面，之后將模型儲存于儲存器內。
[0016]在兒童使用AR立體拼插紙質模型系統(tǒng)時，首先可將珍珠板材質制作的背景底板與若干個白卡紙材質制作的叢林景觀插板，按照編號一一對應，將若干個叢林景觀插板拼插在背景底板上對應的位置上，形成立體的叢林的拼圖場景。之后打開手機或平板電腦，選擇對應冊數(shù)的恐龍卡，將攝像頭對準拼插而成的立體的叢林的拼圖場景。
[0017]攝像頭用于捕獲紙質模型的圖像信息，識別模塊用于識別背景底板上的標記點，渲染處理模塊根據(jù)識別模塊識別出的標記點，調用存儲器內的模型，由于虛擬的樹木等景物模型是根據(jù)真實插板的形狀比例制作的，并且設置了不可渲染，使虛擬叢林景觀完全覆蓋真實叢林景觀插板，虛擬叢林景觀與真實叢林景觀插板完全重疊后，就會造成在物理設備顯示件上顯示的是真實叢林景觀插板的錯覺，虛擬恐龍就會在顯示件中顯示被真實叢林景觀插板遮擋住的效果，并且虛擬恐龍可以在真實叢林景觀插板中來回穿梭。
【主權項】
1.實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)，其特征在于:包括真實模型與物理設備，其中真實模型是由一個模型底板和若干個真實模型組件組合而成;所述模型底板上設置若干位置點，每個真實模型組件對應的模型底板上的位置點固定不變;所述模型底板上設置標記點；所述物理設備包括:攝像頭、識別模塊、渲染處理模塊、顯示件與存儲器。2.根據(jù)權利要求1所述實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)，其特征在于:所述真實模型是由一個模型底板和若干個真實紙質模型插板拼插而成的紙質模型，所述模型底板上設置若干插孔，每個真實紙質模型插板對應的插孔固定不變。3.根據(jù)權利要求2所述實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)，其特征在于:所述模型底板是珍珠板材質制作的紙模底板，若干個真實紙質模型插板是白卡紙材質制作的紙質拼插件。4.根據(jù)權利要求2所述AR立體拼插紙質模型系統(tǒng)，其特征在于:所述若干插孔周圍標有編號，若干紙質模型插板上標有編號，兩者編號 對應。5.根據(jù)權利要求4所述AR立體拼插紙質模型系統(tǒng)，其特征在于:所述編號由數(shù)字及字母組成。6.根據(jù)權利要求1所述實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)，其特征在于:所述真實模型是由一個模型底板和若干個真實立體模型擺件組合而成的模型，所述模型底板上設置若干擺放點，每個真實紙質模型插板對應的擺放點固定不變。7.根據(jù)權利要求6所述實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)，其特征在于:所述真實立體模型擺件是對應擺放點擺放在模型底板上的塑料擺件或木頭擺件。8.根據(jù)權利要求1所述實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示件為手機或平板電腦。9.實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的方法，其特征在于:具體步驟如下: 步驟I:獲得真實模型，在真實模型上設置標記點； 步驟2:用渲染處理模塊制作兩個虛擬模型，一個是與真實模型形狀和大小相同的虛擬立體模型，另一個是虛擬物體； 步驟3:用渲染處理模塊進行虛擬立體模型與真實模型的形狀、大小、比例和坐標的對位，并對虛擬立體模型進行深度距離、角度與真實空間匹配的計算； 步驟4:用渲染處理模塊設置虛擬立體模型不可渲染模式，而虛擬物體設置為可渲染模式； 步驟5:在渲染處理模塊中將虛擬物體擺放在虛擬立體模型的后面;使虛擬立體模型在物理設備的顯示器上完全覆蓋真實模型； 步驟6:用存儲器儲存制作好的虛擬立體模型和虛擬物體； 步驟7:用攝像頭捕獲紙質模型的圖像信息與真實模型上的標記點；用識別模塊識別真實模型上的標記點； 步驟8:用渲染處理模塊用于根據(jù)識別出標記點，調用儲存器中儲存的虛擬模型；顯示件顯示出真實模型遮擋虛擬物體的效果。10.根據(jù)權利要求9所述的實現(xiàn)真實模型遮蓋虛擬物體的方法，其特征在于:具體步驟如下: 步驟1:用固定組合方式將模型底板和若干個真實模型組件組合成真實模型，獲得真實豐旲型; 步驟2:用渲染處理模塊制作兩個虛擬模型，一個是與真實模型真實模型組件形狀和大小相同的虛擬立體模型，另一個是虛擬物體； 步驟3:用渲染處理模塊進行虛擬立體模型與真實模型組件的形狀、大小、比例和坐標的對位，并對虛擬立體模型進行深度距離、角度與真實空間匹配的計算； 步驟4:用渲染處理模塊設置虛擬立體模型不可渲染模式，而虛擬物體設置為可渲染模式； 步驟5:在渲染處理模塊中將虛擬物體擺放在虛擬立體模型的后面;使虛擬立體模型在物理設備的顯示器上完全覆蓋真實模型組件； 步驟6:用存儲器儲存制作好的虛擬立體模型和虛擬物體； 步驟7:用攝像頭捕獲紙質模型的圖像信息與模型底板上的標記點；用識別模塊識別模型底板上的標記點； 步驟8:用渲染處理模塊用于根據(jù)識別出標記點，調用儲存器中儲存的虛擬模型；顯示件顯示出真實模型組件遮擋虛擬物體的效果。
【文檔編號】G06T19/20GK105931289SQ201610229260
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】于博, 趙良華, 單偉
【申請人】大連新銳天地傳媒有限公司