在VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法技术

本发明专利技术提供一种VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：建立虚拟现实系统的环境数学模型，当输入各个环境变量时自动调整虚拟现实系统中环境画面的表现方式；步骤S2：在密闭空间内或者通过环境变量改变装置来模拟环境信号；待模拟的环境信号的来源为真实环境中传感器采集到的信号或通过VR系统中提前做好的某个动态库获得。当待模拟环境的相关变量发生改变时，采用本发明专利技术的技术方案能第一时间反应出来，使得VR场景更加真实，提高用户体验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于虚拟现实技术，具体涉及一种VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法。
技术介绍
虚拟现实通过计算机三维建模，对真实世界的物品、场景等进行模拟仿真，但是这种仿真是静态的，当真实环境的相关变量发生改变时，并不能第一时间反应出来；从对虚拟现实内容体验角度来看，当内容涉及的环境变量发生改变时，体验者所处的真实环境并不会因此发生改变，降低了体验者对VR画面的代入感。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法及装置，通过使用环境类传感器，网络通信技术及虚拟现实系统的后台程序调用，实现将现实信号实时导入VR系统的一种方法及装置，将各种变化后的信号在VR中进行画面呈现，并可通过密闭空间或者装置设备对采集到的信号进行模拟还原。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法，其包括以下步骤：步骤S1：建立虚拟现实虚拟现实系统中环境数学模型，当输入各个环境变量时自动调整虚拟现实系统中环境画面的表现方式；步骤S2：在密闭空间内或者通过环境变量改变装置来模拟环境信号；待模拟的环境信号的来源为真实环境中传感器采集到的信号或通过VR系统中提前做好的某个动态库获得的；其中步骤S1的环境数学模型建立包括以下步骤：在虚拟现实系统中环境变量的表现方式由光源种类模块（LT）、光源参数模块（LP）、特效处理模块（S）、材质模块（M）、粒子模块（P）、雾模块（R）共同作用呈现，上述各个模块的元素集合分别记做A、B、C、D、E、F，定义集合Y：Y=A∪B∪C∪D∪E∪F,定义y∈Y，其中A⊆Y，B⊆Y，C⊆Y，D⊆Y，E⊆Y，F⊆Y；环境变量以温度（t），湿度（h），PM2.5或PM10（p），光照（i）为主要环境变量因子，考虑到相同的一组环境变量（t,h,p,i）对不同模块中元素y的取值影响各不相同，分别记作函数：LT(t,h,p,i)、LP(t,h,p,i)、S(t,h,p,i)、M(t,h,p,i)、P(t,h,p,i)、R(t,h,p,i)；y1=LT(t,h,p,i),其中y1∈A；y2=LP(t,h,p,i),其中y2∈B；y3=S(t,h,p,i),其中y3∈C；y4=M(t,h,p,i),其中y4∈D；y5=P(t,h,p,i),其中y5∈E；y6=R(t,h,p,i),其中y6∈F；当各个子集A、B、C、D、E、F中元素y的值都确定以后，虚拟现实系统环境中的光源种类模块（LT）、光源参数模块（LP）、特效处理模块（S）、材质模块（M）、粒子模块（P）、雾模块（R）表现方式就确定了。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：当真实环境的相关变量发生改变时，能第一时间反应出来，使得VR场景更加真实，提高用户体验；从对虚拟现实内容体验角度来看，当内容涉及的环境变量发生改变时，体验者所处的真实环境会迅速发生改变，大大提高了体验者对VR画面的代入感。附图说明图1为本专利技术VR中关于虚拟环境模拟真实环境的组网示意图。图2为本专利技术一实施例中虚拟现实系统中风速风向求取示意图。图3为本专利技术体验者所处的体验环境模拟的流程示意图。图4为本专利技术一实施例中的体验者环境参数（风速）模拟的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步解释说明。本专利技术提供一种VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法，其包括以下步骤：步骤S1：建立虚拟现实系统中环境数学模型，当输入各个环境变量时自动调整虚拟现实系统中环境画面的表现方式；从而将真实环境的信号导入虚拟现实系统场景中，使虚拟现实系统中的场景自动发生变换。步骤S2：在密闭空间内或者通过环境变量改变装置来模拟环境信号；待模拟的环境信号的来源为实环境中传感器采集到的信号或通过VR系统中提前做好的某个动态库获得，此动态库中的环境变量参数，可以根据体验者在虚拟现实系统中所处的位置不同而自动发生变化。其中环境参数可以通过以下传感器获取：温湿度传感器：温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。光照传感器：主要实现对光照强度的采集。光照强度,简称照度。一个被光线照射的表面上的照度定义为照射在单位面积上的光通量。设面元dS上的光通量为dΦ，则此面元上的照度E为：E=dΦ/dS。照度的单位为lx（勒克斯）,也有用lux的，1lx=1lm/㎡。照度表示物体表面积被照明程度的量。风速传感器：用于检测风速及风向，其传感器组件由风速传感器、风向传感器、传感器支架组成。PM2.5/PM10传感器：主要用于检测空气中PM2.5或者PM10的数值。步骤S1包括以下步骤：1.环境变量数学模型建立方法：环境变量的改变会对以下一个或者多个模块的因子产生各不相同的影响，进而改变虚拟现实系统的画面展示效果，如下：光源种类模块（集合A）：平行光光源、定向光光源、聚光灯光源、点光源、天光光源、HDR光源、IES光源、自发光物体的光源等光源。光源参数模块（集合B）：光源亮度参数值、光源颜色RGB通道信息参数值、光源影响范围参数值、光源色温参数值、光源衰减参数值、光源旋转参数值、光源坐标位置参数值等。特效处理模块（集合C）：整体或是局部环境的亮度参数值、饱和度参数值、对比度参数值、颜色RGB通道信息参数值、色温参数值、HDR光源强度值等参数。材质模块（集合D）：纹理、颜色RGB各通道参数值、透明度参数值、亮度参数值、饱和度参数值、高光参数值、光反射参数值、光折射参数值、菲涅尔参数值等。粒子模块（集合E）：粒子出生随机数量值、粒子运动方向参数值、粒子随机运动参数值、粒子大小变化参数值、粒子存活时间参数值、粒子旋转值、粒子运动轨迹参数值等等各类相关的模型、材质与粒子模块属性参数等。雾模块（集合F）：光照指数值、大气密度参数值、雾气密度参数值、雾密度衰减参数值、雾透明度参数值、雾散射参数值、雾气范围参数等定义集合Y：Y=A∪B∪C∪D∪E∪F,定义y∈Y；在虚拟现实系统中环境变量的表现方式由光源种类模块（LT）、光源参数模块（LP）、特效处理模块（S）、材质模块（M）、粒子模块（P）、雾模块（R）共同作用呈现，上述各个模块的元素集合分别记做A、B、C、D、E、F。其中A⊆Y,B⊆Y,C⊆Y,D⊆Y,E⊆Y,F⊆Y。本模型研究的环境变量以温度（t）,湿度（h），PM2.5/PM10（p），光照（i）为环境变量因子，考虑到相同的一组环境变量（t,h,p,i）对不同模块中元素y的取值影响各不相同，分别记作：LT(t,h,p,i)、LP(t,h,p,i)、S(t,h,p,i)、M(t,h,p,i)、P(t,h,p,i)、R(t,h,p,i)；将其表示为：y1=LT(t,h,p,i),其中y1∈A；y2=LP(t,h,p,i),其中y2∈B；y3=S(t,h,p,i),其中y3∈C；y4=M(t,h,p,i),其中y4∈D；y5=P(t,h,p,i),其中y5∈E；y6=R(t,h,p,i),其中y6∈F；当任意一组环境变量数据（t,h,p,i）发生变化，均可能导致集合Y中的元素y的值发生改变，当各个子集A、B、C、D、E、F中元素y的值都确定以后，虚拟现实系统环境中的光源种类模块（LT）、光源参数模块（LP）、特效处理模块（S）、材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：建立虚拟现实系统的环境数学模型，当输入各个环境变量时自动调整虚拟现实系统中环境画面的表现方式；步骤S2：在密闭空间内或者通过环境变量改变装置来模拟环境信号；待模拟的环境信号的来源为现实环境中传感器采集到的信号或通过VR系统中提前做好的某个动态库获得；其中步骤S1的环境数学模型建立包括以下步骤：在虚拟现实系统中环境变量的表现方式由光源种类模块（LT）、光源参数模块（LP）、特效处理模块（S）、材质模块（M）、粒子模块（P）、雾模块（R）共同作用呈现，上述各个模块的元素集合分别记做A、B、C、D、E、F，定义集合Y：Y=A∪B∪C∪D∪E∪F,定义y∈Y，其中A⊆Y，B⊆Y，C⊆Y，D⊆Y，E⊆Y，F⊆Y；环境变量以温度（t），湿度（h），PM2.5或PM10（p），光照（i）为主要环境变量因子，考虑到相同的一组环境变量（t,h,p,i）对不同模块中元素y的取值影响各不相同，分别记作函数：LT(t,h,p,i)、LP(t,h,p,i)、S(t,h,p,i)、M(t,h,p,i)、P(t,h,p,i)、R(t,h,p,i)；y1=LT(t,h,p,i),其中y1∈A；y2=LP(t,h,p,i),其中y2∈B；y3=S(t,h,p,i),其中y3∈C；y4=M(t,h,p,i),其中y4∈D；y5=P(t,h,p,i),其中y5∈E；y6=R(t,h,p,i),其中y6∈F；当各个子集A、B、C、D、E、F中元素y的值都确定以后，虚拟现实系统环境中的光源种类模块（LT）、光源参数模块（LP）、特效处理模块（S）、材质模块（M）、粒子模块（P）、雾模块（R）表现方式就确定了。...

【技术特征摘要】
1.一种VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：建立虚拟现实系统的环境数学模型，当输入各个环境变量时自动调整虚拟现实系统中环境画面的表现方式；步骤S2：在密闭空间内或者通过环境变量改变装置来模拟环境信号；待模拟的环境信号的来源为现实环境中传感器采集到的信号或通过VR系统中提前做好的某个动态库获得；其中步骤S1的环境数学模型建立包括以下步骤：在虚拟现实系统中环境变量的表现方式由光源种类模块（LT）、光源参数模块（LP）、特效处理模块（S）、材质模块（M）、粒子模块（P）、雾模块（R）共同作用呈现，上述各个模块的元素集合分别记做A、B、C、D、E、F，定义集合Y：Y=A∪B∪C∪D∪E∪F,定义y∈Y，其中A⊆Y，B⊆Y，C⊆Y，D⊆Y，E⊆Y，F⊆Y；环境变量以温度（t），湿度（h），PM2.5或PM10（p），光照（i）为主要环境变量因子，考虑到相同的一组环境变量（t,h,p,i）对不同模块中元素y的取值影响各不相同，分别记作函数：LT(t,h,p,i)、LP(t,h,p,i)、S(t,h,p,i)、M(t,h,p,i)、P(t,h,p,i)、R(t,h,p,i)；y1=LT(t,h,p,i),其中y1∈A；y2=LP(t,h,p,i),其中y2∈B；y3=S(t,h,p,i),其中y3∈C；y4=M(t,h,p,i),其中y4∈D；y5=P(t,h,p,i),其中y5∈E；y6=R(t,h,p,i),其中y6∈F；当各个子集A、B、C、D、E、F中元素y的值都确定以后，虚拟现实系统环境中的光源种类模块（LT）、光源参数模块（LP）、特效处理模块（S）、材质模块（M）、粒子模块（P）、雾模块（R）表现方式就确定了。2.根据权利要求1所述的VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法，其特征在于：考虑到不同场景下或其他未考虑到的变量对y的影响，即使（t,h,p,i）值相同，但是表现效果可能不一样，特设置修正系数N，对光源种类模块（LT）、光源参数模块（LP）、特效处理模块（S）、材质模块（M）、粒子模块（P）、雾模块（R）对应的修正系数分别为、、、、、，最终表示为：y1=LT(t,h,p,i)+,其中y1∈A；y2=LP(t,h,p,i)+,其中y2∈B；y3=S(t,h,p,i)+,其中y3∈C；y4=M(t,h,p,i)+,其中y4∈D；y5=P(t,h,p,i)+,其中y5∈E；y6=R(t,h,p,i)+,其中y6∈F。3.根据权利要求1所述的VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法，其特征在于：所述步骤S1中还包括调用环境数学模型，具体步骤如下：1）将所述环境数学模型以动态链接库的方式指向虚拟现实系统的环境变量模块；2）在VR场景通过后台程序对该模型进行调用，此时模型尚未启用；3）根据VR场景的真实情况，给该数学模型设定环境的初始变量；4）输入环境参数后，开始启用数学模型，和VR画面自动进行关联适配；5）当需要手工模拟环境变化时，输入新的环境变量参数，VR内容中的画面呈现效果自动发生变化。4.根据权利要求3所述的VR中关于虚拟环境和真实环境相互模拟的方法，其特征在于：步骤4）、5）中VR画面自动进行关联适配或变化具体包括以下几种情况：1、光照信号在VR系统接收到前端的光照传感器传送的时实信号后，经虚拟现实系统的数据解析处理，自动适配到环境的数学模型中；根据场景所模拟的自然或人工环境，结合待模拟场景所处的不同经纬度、海拨高度、因时间变化而产生的日夜转换及天气变化特性所接收到的自然光照信息或人工光源信号，将得到的数值匹配到以下能表现光照变化而产生视觉效果的VR系统模块中：在光源种类模块、光源参数模块、特效处理模块中，将解析出的时实信号作为一个变量值和其他环境变量因子共同确定集合A，B，C中的元素y1、y2、y3的值，来模拟虚拟现实环境中因光照信息变化而产生的环境整体或是局部变化的视觉效果；2、温度信号在VR系统接收到前端温度传感器传送的时实信号后，经VR系统的数据解析处理，自动适配到环境的数学模型中；根据场景所模拟的不同地理环境，结合场景所处的不同经纬度、海拨高度、气侯变化或是沙漠、海洋、高原、溶洞、水底、篝火边及其他特殊环境与情景的特征，感受到的不同温度强度的特性，将得到的数值匹配到以下能表现温度变化而产生视觉效果的VR系统模块中：A、在各种会因温度变化而产生自我属性值变化的光源体中，将解析出的时实信号转送到因温度变化而发生亮度、颜色及其他属性变化的光源参数模块，来模拟虚拟现实环境中因温度变化而产生的光源环境整体或是局部变化的视觉效果；B、在后期特效处理模块中，将解析出的时实信号转送到后期特效模块，模拟虚拟现实环境中因温度变化产生的光源环境整体或是局部变化的视觉效果；C、物体的物理特征会随着温度而发生改变，在模拟物体因温度变化而发生自我物理属性形态变化的各模型、材质、粒子特效模块中预先设好模型的大小变化参数值及物理属性参数值；将解析出的时实信号转送到各种模型材质与粒子模块中，模拟虚拟现实环境中，因温度变化产生的冰融化、水蒸汽产生、物体燃烧并产生的火焰与烟尘变化的视觉效果；3、湿度信号在VR系统接收到前端湿度传感器传送的时实信号后，经VR系统的数据解析处理，自动适配到环境的数学模型中；根据场景所模拟的地理环境，结合经纬...

【专利技术属性】
技术研发人员：林述清，林威，林先，林民栋，
申请(专利权)人：福州众衡时代信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35