一种虚实场景相互遮挡实现方法技术

一种虚实场景相互遮挡实现方法，包括虚实场景获取的方法、虚实场景图像的分解方法、alpha通道的引入方法和虚实多层遮挡最终实现的方法；在不需要真实场景先验信息的情况下实现虚实遮挡方法，首先获取虚实场景，然后结合运用目前已有的复杂背景下的运动目标提取技术完成虚实场景图像分解，并充分利用图像的Alpha通道特性，实现了虚实物体间的多层遮挡；由于该方法不需要事先了解真实场景，无须对其建模，因而大大减少了前期工作量，而且可以灵活运用于任何真实环境中，具有较好的通用性；另外本方法借用了运动目标提取技术，因而对于非刚体物的遮挡现象也能很好的实现。

【技术实现步骤摘要】
一种虚实场景相互遮挡实现方法
本专利技术涉及增强现实
，尤其是一种虚实场景相互遮挡实现方法。
技术介绍
增强现实技术(AR—AugmentedReality)是多媒体技术在三维领域实现的重要新手段。增强现实是一种利用计算机系统产生的三维信息来增加用户对现实世界感知的技术。在增强现实系统中，逼真的渲染出虚实物体间的相互遮挡关系，是真正实现虚实无缝融合的重要前提，同时也将有效改善系统的视觉一致性效果；为使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实环境的组成部分，系统应该给用户提供正确的深度感，遮挡关系正是深度信息的有力表征，逼真的遮挡景象是制造令人信服的增强现实环境的重要部分，也是用户在合成场景中获得空间感知和进行交互操作的基础，真实和虚拟物体相互遮挡，可以增加三维虚拟物体存在于现实世界的真实感，在某些特殊的应用领域，只有具备虚实遮挡效果的AR系统才能够发挥其作用；此外，在感知心理学方面，不正确的遮挡会使用户发生虚实位置混淆，因此，增强现实系统必须正确解决虚实遮挡问题；尽管从上世纪90年代起，研究者们就纷纷投入对增强现实技术的研究，但是目前可查阅的有关AR系统虚实遮挡方面的研究报道相对较少，多年来研究者们似乎把更多的注意力集中在跟踪注册、三维重建等问题上，国内外研究人员针对视频透视式和光学透视式两种AR系统，分别提出了不同的遮挡解决方法，这些方法各有利弊；国内目前在AR虚实遮挡方面研究较少，而国外虽然已提出一些方法，但大都是基于对真实场景中所有物体三维建模的思想，这就要求事先必须知道真实环境中的全部信息，一旦某对象发生移动，就利用事先制作好的该对象的模型，来实现遮挡，这类方法的问题在于：(1)对真实场景三维建模，需要大量繁琐的前期工作；(2)由于是利用提前制作好的真实物体的模型来实现遮挡，所以真实场景模型一旦制作完成，真实环境中的任何变动都可能导致系统遮挡实现的失败，因此这种AR系统的可移植性差；(3)对于真实场景中的非刚体物，例如人，由于其移动时的体态变化是事先无法准确预测的，因而其提前制作的非刚体物模型也缺乏准确性甚至差别很大，从而导致遮挡失败；光学透视式AR系统具有简单、分辨率高、没有视觉偏差等优点，但它同时也存在着定位精度要求高、延迟匹配难、视野相对较窄和价格高等不足。本专利技术就是为了解决以上问题而进行的改进。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种在不需要真实场景的先验知识、不需要对真实环境事先建模的情况下，就能实现虚实场景间的多层相互遮挡的实现方法。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种虚实场景相互遮挡实现方法，包括虚实场景获取的方法、虚实场景图像的分解方法、alpha通道的引入方法和虚实多层遮挡最终实现的方法，所述虚实场景获取的方法，其实施步骤为：(1)真实场景的视频采集；(2)虚拟场景的制作；所述虚实场景图像的分解方法，其实施步骤为：(1)虚拟场景分组建模；(2)真实场景图像中移动对象的单元划分；所述alpha通道的引入方法是通过真实场景的视频采集获取OEI图像，并为OEI图像添加Alpha通道；所述虚实多层遮挡最终实现的方法是通过设计了一种能够有效渲染移动遮挡对象的节点，通过GLRender函数完成图像的显示；进一步的，所述虚拟场景的制作中使用的三维模型和动画制作都是用3DMax制作完成，整个制作流程包括物体造型，材质纹理，动画设置及合成导出四个部分；更进一步的，所述Alpha通道的表现形式为选区，选区将OEI图像划分成了两部分；具体的，所述虚实多层遮挡最终实现的方法是利用OpenInventor场景树的特性，设计了一种能够有效渲染移动遮挡对象的节点；其中，所述该方法中使用了场景融合模块程序，所述该场景融合模块程序的硬件运行环境为两台高速计算机、两个摄像头，以及两块分别安装在两台高速计算机机中的视频捕捉卡。工作原理为：将虚/实环境中具有特殊空间位置特性的对象分离出，即将影响虚实遮挡关系的对象与周围环境中的其他对象分离开，并将其作为独立的单元进行操作控制。这样，在虚实场景的融合过程中，真实场景视频以及虚拟三维图像均不再是一个单元，而是根据遮挡关系的变化，随时被分解成若干不同的单元，以便轻松的控制实现虚实场景间的多层遮挡。本专利技术的优点在于：在不需要真实场景先验信息的情况下实现虚实遮挡方法，首先获取虚实场景，然后结合运用目前已有的复杂背景下的运动目标提取技术完成虚实场景图像分解，并充分利用图像的Alpha通道特性，实现了虚实物体间的多层遮挡；由于该方法不需要事先了解真实场景，无须对其建模，因而大大减少了前期工作量，而且可以灵活运用于任何真实环境中，具有较好的通用性；另外本方法借用了运动目标提取技术，因而对于非刚体物的遮挡现象也能很好的实现。附图说明图1是本专利技术提出的一种虚实场景相互遮挡实现方法中使用到的室内虚拟家具的拆分重组的流程图。图2是本专利技术提出的一种虚实场景相互遮挡实现方法中虚拟场景分解后图像合成的场景树结构示意图。图3是本专利技术提出的一种虚实场景相互遮挡实现方法中虚拟场景分解后图像合成的场景树结构示意图。图4是本专利技术提出的一种虚实场景相互遮挡实现方法中使用到的虚实场景间的相互遮挡现象示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本专利技术。I、虚实场景获取增强现实(AR)系统中用于场景融合的数据包括两种：一种是真实场景的信息(立体视频信号)；另一种是虚拟场景信息(三维模型)。(1)真实场景的视频采集真实场景的视频采集是整个场景采集系统的一部分。我们通过安装在头盔上的左右两摄像头，以及两块分别安装在两台PC机中的视频捕捉卡，来实现这部分信号的采集。(2)虚拟场景的制作AR系统要求实时、动态逼真地模拟环境。本系统中的三维模型和动画制作都是用3DMax制作完成，整个制作流程包括物体造型，材质纹理，动画设置及合成导出四个部分。为了使AR系统在视觉上产生强烈的真实感，从而尽可能实现虚实场景的“无缝”融合，我们创造性地将3DMax的建模功能与OpenInventor的交互式实时三维图形绘制功能相结合，进而产生具有强烈真实感冲击效果的虚拟环境。II、虚实场景图像的分解虚实场景相互遮挡，也就意味着真实物体和虚拟物体在空间位置上是相互穿插的，因此在图像合成时，真实场景视频与虚拟三维图像作为两个单元进行简单叠加，将无法表现其遮挡效果。基于上述分析，我们考虑应该将虚/实环境中具有特殊空间位置特性的对象分离出，即将影响虚实遮挡关系的对象与周围环境中的其他对象分离开，并将其作为独立的单元进行操作控制。这样，在虚实场景的融合过程中，真实场景视频以及虚拟三维图像均不再是一个单元，而是根据遮挡关系的变化，随时被分解成若干不同的单元，以便轻松的控制实现虚实场景间的多层遮挡。(1)虚拟场景分组建模虚拟场景，是在进入AR环境之前，由人工通过三维建模软件提前制作完成的。为了便于在融合过程中进行遮挡控制，我们考虑将虚拟环境中的物体按照一定的组合分解成不同的单元，然后对每个单元分别建模。我们所进行的AR系统研究，主要是针对室内环境的应用展开的。考虑到室内环境范围内的遮挡发生，主要是由用户视点处观察方向上虚实物体空间位置的交错引起的。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚实场景相互遮挡实现方法，包括虚实场景获取的方法、虚实场景图像的分解方法、alpha通道的引入方法和虚实多层遮挡最终实现的方法，其特征在于：所述虚实场景获取的方法，其实施步骤为：(1)真实场景的视频采集；(2)虚拟场景的制作；所述虚实场景图像的分解方法，其实施步骤为：(1)虚拟场景分组建模；(2)真实场景图像中移动对象的单元划分；所述alpha通道的引入方法是通过真实场景的视频采集获取OEI图像，并为OEI图像添加Alpha通道；所述虚实多层遮挡最终实现的方法是通过设计了一种能够有效渲染移动遮挡对象的节点，通过GLRender函数完成图像的显示。

【技术特征摘要】
1.一种虚实场景相互遮挡实现方法，包括虚实场景获取的方法、虚实场景图像的分解方法、alpha通道的引入方法和虚实多层遮挡最终实现的方法，其特征在于：所述虚实场景获取的方法，其实施步骤为：(1)真实场景的视频采集；(2)虚拟场景的制作；所述虚实场景图像的分解方法，其实施步骤为：(1)虚拟场景分组建模；(2)真实场景图像中移动对象的单元划分；所述alpha通道的引入方法是通过真实场景的视频采集获取OEI图像，并为OEI图像添加Alpha通道；所述虚实多层遮挡最终实现的方法是通过设计了一种能够有效渲染移动遮挡对象的节点，通过GLRender函数完成图像的显示。2.如权利要求1所述的一种虚实场景相互遮挡实现方法，其特征在于，所述虚拟场景的制作...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊玉梅，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海,31