一种增强漫游沉浸感的方法技术

本发明专利技术公开了一种增强漫游沉浸感的方法，包括：(1)通过建模软件3DMax设计变电站区域的整体模型、各个工段的局部模型以及连接各个工段的道路模型；(2)将所设计的所有模型导入Unity3D中搭建虚拟空间的三维环境，并按照一定比例还原现实变电站区域大小，在虚拟空间的三维环境中绘制场景显示外幕，将变电站区域的全景实景图像纹理映射到场景显示外幕，得到基于场景显示外幕的三维虚拟场景；(3)接入方向盘，通过控制方向盘模拟用户在变电站区域道路上实际的驾车巡查过程；(4)采用Lynx在三维虚拟场景中加入声音文件，然后由API函数触发和控制；(5)适配OculusRift虚拟现实眼镜，在进入某个工段下车后，由虚拟现实眼镜展现工段内的场景画面。

【技术实现步骤摘要】
一种增强漫游沉浸感的方法
本专利技术涉及虚拟漫游技术，尤其涉及一种增强漫游沉浸感的方法。
技术介绍
虚拟现实技术又称灵境技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。虚拟现实系统就是要利用各种先进的硬件技术及软件工具，设计出合理的硬件、软件及交互手段，使参与者能交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界。虚拟现实技术是目前计算机界比较热门的一项技术。它是用计算机模拟的三维环境对现场真实环境进行仿真，用户可以走进这个环境，可以控制浏览方向，并操纵场景中的对象进行人机交互。简单的说，虚拟现实就是由交互式计算机仿真组成的一种媒体，能够感知参与者的位置和动作，替代或增强一种或多种感官反馈，从而产生一种精神沉浸或出现在仿真环境(虚拟世界)中的感觉。一个能够真正意义上实现虚拟现实的系统应该具有以下几个基本要素：(1)能够给用户以三维立体的虚拟环境；(2)应当给使用者第一人称的感觉，并有实时任意活动的自由；(3)用户能够通过一些控制装置实时地操纵和改变用户所进入的虚拟环境。虚拟漫游系统包括一个逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，它是一个真实空间或假想空间的实时仿真虚拟空间，用户借助必要的装备以自然的方式在该虚拟空间中漫游，从任意角度对环境中虚拟对象进行观察，从而产生身临其境的感觉，同时也可以对其中的物体进行规划和操作。虚拟漫游技术是虚拟现实技术的重要分支，它具有虚拟现实技术的所有优点，它可以让使用者通过鼠标、键盘、数据手套、电子头盔等输入设备来与虚拟环境中的实体进行交互。虚拟漫游适用于变电站区域的虚拟巡查，通常采用鼠标和键盘即可完成全方位交互漫游，但由于采用传统交互设备，将会大大影响用户的漫游体验，如果试图模拟驾车进行虚拟变电站区域的漫游，显然不是一种自然的交互方式，无法获得逼真的沉浸感。因此，有必要设计一种增强漫游沉浸感的方法，使得用户在虚拟漫游过程中，如同真正地驾车行驶于变电站区域中，不必身临其境，也能准确地巡查各个工段的变电站工作情况。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种增强漫游沉浸感的方法，适用于变电站区域虚拟巡查，该方法包括以下步骤：(1)通过建模软件3DMax设计变电站区域的整体模型、变电站区域内各个工段的局部模型以及连接各个工段的道路模型；(2)将所设计的所有模型导入3D建模软件中搭建虚拟空间的三维环境，并按照一定比例还原现实变电站区域大小，在虚拟空间的三维环境中绘制场景显示外幕，将从服务器中采集到的变电站区域的全景实景图像，纹理映射到场景显示外幕，得到基于场景显示外幕的三维虚拟场景，并对相应的各种景物进行相应的纹理贴图、光照贴图和阴影贴图；(3)接入方向盘，通过控制方向盘模拟用户在变电站区域道路上实际的驾车巡查过程，实现对变速、转弯、路面状况的实时响应；(4)采用Lynx在三维虚拟场景中加入声音文件，主要是针对所驾驶车辆的主机和发动机的声音，对需要的参数进行设置，包括声音的位置、声音的输出参数、声音对象的属性集合，然后由API函数触发和控制。(5)适配OculusRift虚拟现实眼镜，在进入某个工段下车后，由虚拟现实眼镜展现工段内的场景画面，获得置身于虚拟环境中的逼真感受。本专利技术还公开了一种增强漫游沉浸感的装置，适用于变电站区域虚拟巡查，包括：3D模型生成模块，用于通过建模软件3DMax设计变电站区域的整体模型、变电站区域内各个工段的局部模型以及连接各个工段的道路模型；3D虚拟场景搭建模块，用于将所设计的所有模型导入3D建模软件中搭建虚拟空间的三维环境，并按照一定比例还原现实变电站区域大小，在虚拟空间的三维环境中绘制场景显示外幕，将从服务器中采集到的变电站区域的全景实景图像，纹理映射到场景显示外幕，得到基于场景显示外幕的三维虚拟场景，并对相应的各种景物进行相应的纹理贴图、光照贴图和阴影贴图；驾车巡查模拟模块，用于接入方向盘，通过控制方向盘模拟用户在变电站区域道路上实际的驾车巡查过程，实现对变速、转弯、路面状况的实时响应；车辆声音系统模拟模块，用于采用Lynx在三维虚拟场景中加入声音文件，主要是针对所驾驶车辆的主机和发动机的声音，对需要的参数进行设置，包括声音的位置、声音的输出参数、声音对象的属性集合，然后由API函数触发和控制；工段检查模块，用于适配OculusRift虚拟现实眼镜，在进入某个工段下车后，由虚拟现实眼镜展现工段内的场景画面，获得置身于虚拟环境中的逼真感受。本专利技术的有益效果是：区别于现有技术，在进行变电站区域虚拟漫游的过程中，本专利技术的增强漫游沉浸感的方法使用户完全置身于驾车的真实体验中，驾车过程中，直接采用方向盘进行控制，对变速、转弯、路面状况产生实时响应，在有挡车栏杆的情况下，不会产生直接相撞的停顿感，而是在一定距离外就可以享受挡车栏杆自动提前抬起的服务，并且配合以车辆主机与发动机的声音效果，得到一种视觉、听觉、触觉相结合的沉浸感；此外，利用服务器采集全景实景图像数据，将其融合到初始建立的虚拟空间的三维场景中，进一步增加了虚拟漫游的真实感和沉浸感；配备OculusRift虚拟现实眼镜，进一步脱离传统的鼠标、键盘等传统交互设备，增强沉浸效果。附图说明图1增强漫游沉浸感的方法的流程示意图具体实施方式本专利技术提供的增强漫游沉浸感的方法的流程如图1所示，其步骤包括：(1)通过建模软件3DMax设计变电站区域的整体模型、变电站区域内各个工段的局部模型以及连接各个工段的道路模型；(2)将所设计的所有模型导入3D建模软件中搭建虚拟空间的三维环境，并按照一定比例还原现实变电站区域大小，在虚拟空间的三维环境中绘制场景显示外幕，将从服务器中采集到的变电站区域的全景实景图像，纹理映射到场景显示外幕，得到基于场景显示外幕的三维虚拟场景，并对相应的各种景物进行相应的纹理贴图、光照贴图和阴影贴图；(3)接入方向盘，通过控制方向盘模拟用户在变电站区域道路上实际的驾车巡查过程，实现对变速、转弯、路面状况的实时响应；(4)采用Lynx在三维虚拟场景中加入声音文件，主要是针对所驾驶车辆的主机和发动机的声音，对需要的参数进行设置，包括声音的位置、声音的输出参数、声音对象的属性集合，然后由API函数触发和控制，其中，声音的输出参数包括所使用的声音渲染引擎、采样率、声道以及同时渲染的声音数，声音对象的属性集合包括音强、音调以及空间渲染时的多普勒效应、传播衰减和延迟、空间环境的吸收。(5)适配OculusRift虚拟现实眼镜，在进入某个工段下车后，由虚拟现实眼镜展现工段内的场景画面，获得置身于虚拟环境中的逼真感受。步骤(2)还包括，利用基于多台投影仪的投影系统将三维虚拟场景投影到屏幕上，该投影系统采用基于微机网络的体系结构，设计为多节点Master/Slave模式，其中一个节点作为主节点，其余节点为从节点，每个节点都是一台完整的PC图形工作站，节点间通过1000MBps的以太网卡和高速网络交换机实现互连。Master/Slave结构的最大特点在于所有组成图形计算机群的节点都拥有一份相同的应用程序以及数据拷贝，这相当于每个节点各维持着一份虚拟世界的拷贝，各个节点需要通过网络同步维持它们的一致性。节点将按照投影面的配置对三维虚拟场景中的某一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强漫游沉浸感的方法，适用于变电站区域虚拟巡查，该方法包括以下步骤：(1)通过建模软件3DMax设计变电站区域的整体模型、变电站区域内各个工段的局部模型以及连接各个工段的道路模型；(2)将所设计的所有模型导入3D建模软件中搭建虚拟空间的三维环境，并按照一定比例还原现实变电站区域大小，在虚拟空间的三维环境中绘制场景显示外幕，将从服务器中采集到的变电站区域的全景实景图像，纹理映射到场景显示外幕，得到基于场景显示外幕的三维虚拟场景，并对相应的各种景物进行相应的纹理贴图、光照贴图和阴影贴图；(3)接入方向盘，通过控制方向盘模拟用户在变电站区域道路上实际的驾车巡查过程，实现对变速、转弯、路面状况的实时响应；(4)采用Lynx在三维虚拟场景中加入声音文件，主要是针对所驾驶车辆的主机和发动机的声音，对需要的参数进行设置，包括声音的位置、声音的输出参数、声音对象的属性集合，然后由API函数触发和控制；(5)适配OculusRift虚拟现实眼镜，在进入某个工段下车后，由虚拟现实眼镜展现工段内的场景画面，获得置身于虚拟环境中的逼真感受。

【技术特征摘要】
1.一种增强漫游沉浸感的方法，适用于变电站区域虚拟巡查，该方法包括以下步骤：(1)通过建模软件3DMax设计变电站区域的整体模型、变电站区域内各个工段的局部模型以及连接各个工段的道路模型；(2)将所设计的所有模型导入3D建模软件中搭建虚拟空间的三维环境，并按照一定比例还原现实变电站区域大小，在虚拟空间的三维环境中绘制场景显示外幕，将从服务器中采集到的变电站区域的全景实景图像，纹理映射到场景显示外幕，得到基于场景显示外幕的三维虚拟场景，并对相应的各种景物进行相应的纹理贴图、光照贴图和阴影贴图；(3)接入方向盘，通过控制方向盘模拟用户在变电站区域道路上实际的驾车巡查过程，实现对变速、转弯、路面状况的实时响应；(4)采用Lynx在三维虚拟场景中加入声音文件，主要是针对所驾驶车辆的主机和发动机的声音，对需要的参数进行设置，包括声音的位置、声音的输出参数、声音对象的属性集合，然后由API函数触发和控制；(5)适配OculusRift虚拟现实眼镜，在进入某个工段下车后，由虚拟现实眼镜展现工段内的场景画面，获得置身于虚拟环境中的逼真感受。2.如权利要求1所述的增强漫游沉浸感的方法，在步骤(2)中，阴影贴图需要2个绘制过程：(1)以光源为视点，渲染整个场景，得到一幅所有物体相对于光源的深度纹理图像，这幅深度纹理图像中的每个像素值代表场景中离光源最近像素的深度值；(2)将视点恢复到原来的正常位置，渲染整个场景，对每个像素计算它和光源的距离，然后将这个值和深度纹理图像中相应的值比较，以确定这个像素点是否处在阴影当中，再根据比较的结果，对场景中阴影部分和非阴影部分进行不同的光照计算，从而得到阴影效果。3.如权利要求1所述的增强漫游沉浸感的方法，在步骤(3)中，除了车辆与地面之间的碰撞检测以外，还包括车辆和其他物体之间的碰撞检测，视为两个物体之间的碰撞检测，所述车辆和其他物体之间的碰撞检测过程如下：S1：车辆的加速度最大值为Max1，进行碰撞检测的所述其他物体的加速度最大值为Max2，Max1和Max2均大于零，利用Max1和Max2估计车辆和所述其他物体的未来位置，计算最早可能发生碰撞的时刻T，在时刻T到达前，不检测车辆和所述其他物体的碰撞，当时刻T到达时，转入S2；S2：对车辆和所述其他物体的包围球做重叠测试，若无重叠则说明无碰撞，更新车辆和所述其他物体的加速度最大值Max1和Max2，返回S1，若车辆和所述其他物体的包围球有重叠，则在粗略的情况下初步确定车辆和所述其他物体发生了碰撞，转入S3进行精细碰撞检测；S3：对车辆和所述其他物体逐步采用更精确的近似表示来检测碰撞，逐步细化车辆和所述其他物体在当前帧的碰撞检测精度，所述更精确的近似表示指的是一棵多精度的包围球层次树，树的层次每加深一层就对物体的逼近程度越高，树的根是包围整个物体的包围球，在每一步细化后，如果被其他操作中断，返回S1，如果没有检测到碰撞，返回S1，如果检测到碰撞，确定碰撞点的位置以进行后续处理。4.如权利要求3所述的增强漫游沉浸感的方法，在步骤S2中，所述更新车辆和所述其他物体的加速度最大值Max1和Max2的方式如下：其中，arctg(Max1)的取值区间为exp(-Max2)表示自然底数的-Max2次方，Max1'和Max2'将作为更新后的Max1和Max2，以在S1中重新计算最早可能发生碰撞的时刻T。5.如权利要求1所述的增强漫游沉浸感的方法，在步骤(3)中，当进入变电站区域的各个工段设置有挡车栏杆时，除了挡车栏杆本身进行的碰撞检测之外，指定一个处于触发状态的长方体盒体，将挡车栏杆包含在该长方体盒体中，车辆与挡车栏杆之间的碰撞检测转换为车辆与该长方体盒体之间的检测，只要车辆进入该长方形盒体的范围，就能通过三维虚拟场景的动画脚本设定，提前抬起挡车栏杆，使得车辆得以顺利进入相应工段。6.一种增强漫游沉浸感的装置，适用于变电站区域虚拟巡查，包括：3D模型生成模块，用于通过建模软件3DMax设计变电站区域的整体模型、变电站区域内各个工段的局部模型以及连接各个...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬，王勇，常英贤，焦洋，牟元恩，张营，石鑫磊，王中龙，陈剑飞，邹浩，周佳，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司，国网山东省电力公司曲阜市供电公司，国网山东省电力公司泰安供电公司，
类型：发明
国别省市：山东,37