【技术实现步骤摘要】
基于增强现实的虚拟雕塑方法
本专利技术属于增强现实以及人机交互领域,涉及了一种基于增强现实的虚拟雕塑方法。
技术介绍
传统的雕塑是通过雕刻家们用刻刀雕刻出来的,这种方式不仅浪费雕刻材料,而且对雕刻的技巧要求比较高,往往雕错了很难再撤销掉重新开始。随着计算机功能的不断强大,通过计算机来进行三维建模的软件也越来越多,人们可以通过这些软件来建立各种各样的三维模型。但同时,这些建模软件的使用门槛也变得越来越高,操作也越来越复杂,初学者不得不花费很大的精力掌握这些软件的操作方式。而众所周知,人的双手是最灵活的器官之一,人的双手可以比划出各种各样的手势,例如聋哑人可以通过手势来进行交流。而本专利技术利用手势来进行三维建模,通过传感器来获取手势数据,然后在增强现实的场景当中显示出来。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述不足,提供基于增强现实的虚拟雕塑方法。本专利技术提出的一种基于增强现实的虚拟雕塑方法,这个方法通过传感器来获取操作者的手势数据,然后通过增强现实头盔,在增强现实的场景当中完成虚拟雕塑的功能。本专利技术基于增强现实的虚拟雕塑方法,包括如下步骤:S1、手势数据的获取;S2、坐标系配准以及手势建模;S3、虚实碰撞检测;S4、雕塑模型的形变。进一步地,所述步骤S1包括以下步骤:手势数据是通过LeapMotion传感器获取得到的,在获取的过程当中,存在着一些设备误差以及环境噪声误差,所以可以通过Kalman滤波算法来估计手势的位姿数据。卡尔曼滤波算法可以从一系列的环境噪声和不完整的测量数据当中估计手的状态。四元数q相对于时间t的微分方程为:其中,ω ...
【技术保护点】
1.基于增强现实的虚拟雕塑方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、手势数据的获取:通过Leap Motion传感器获取得到的,在获取的过程当中,通过Kalman滤波算法来估计手势的位姿数据;S2、坐标系配准以及手势建模;S3、虚实碰撞检测;S4、雕塑模型的形变。
【技术特征摘要】
1.基于增强现实的虚拟雕塑方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、手势数据的获取:通过LeapMotion传感器获取得到的,在获取的过程当中,通过Kalman滤波算法来估计手势的位姿数据;S2、坐标系配准以及手势建模;S3、虚实碰撞检测;S4、雕塑模型的形变。2.根据权利要求1所述的基于增强现实的虚拟雕塑方法,其特征在于,步骤S1所述Kalman滤波算法中,四元数q相对于时间t的微分方程为:其中,ωx,ωy,ωz是人手在X轴、Y轴和Z轴三个方向的角速度分量;由于xk包括了四元数状态和角速度,所以xk的格式为:xk=[q0,kq1,kq2,kq3,kωx,kωy,kωz,k](2)其中q0,k,q1,k,q2,k,q3,k是时刻k下的四元数分量,ωx,k,ωy,k,ωz,k是时刻k下的角速度分量;四元数分量的计算由角速度分量的测量来获得,具体的迭代过程如下:其中t是采样时间;所以从以上的公式得到,状态转换矩阵为:其中Δt是数据采样时间,将矩阵Γk设为零矩阵;在整个过程当中使用角速度来估计四元数状态的,因此将过程噪声向量设置为:wk=[0000wxwywz]T(5)其中wx,wy,wz是角速度在X,Y,Z三个方向上的测量分量;由于用LeapMotion来测量角速度的,所以观察矩阵Hk为:Hk=[0n×pIn×n](6)其中n是角速度向量的数量,p是四元数的数量;最后对四元数进行规范化操作,在时间k下的标准四元数为:3.根据权利要求1所述的基于增强现实的虚拟雕塑方法,其特征在于,步骤S2具体包括:在LeapMotion坐标系和手掌坐标系中需要同步手势动作,而在这个过程中坐标系标定就显得特别重要;假设手掌坐标系为[xHyHzH],LeapMotion坐标系为[xLyLzL];有如下映射关系:其中T1是从世界坐标系到手掌坐标系的转换矩阵,通过计算T1,将手掌坐标系中的点与LeapMotion坐标系中的点对应起来;在增强现实的场景当中需要进行虚实之间的坐标系标定,即LeapMotion坐标系与雕塑模型坐标系之间的标定;虚拟环境中的雕塑模型是通过一个标记物来确定位置的,所以在真实环境当中摆放一个标记物,设这个标记物坐标系为[xMyMzM],标记物坐标系和LeapMotion坐标系之间的转换关系通过事先测量知道,假设为T2,则有如下转换关系:设雕塑模型坐标系为[xSySzS],雕塑模型坐标系相对于标记物坐标系也有一个转换关系,这个转换关系为设定的,设为T3,则有如下转化关系:由以上几个等式可以得出:通过等式(11),对虚实之间的坐标系进行配准;在LeapMotion获取到手势数据之后,需要在增强现实的场景当中对虚拟手进行数学建模,在LeapMotion的一帧数据当中,挑选与虚拟手运动密切相关的手势数据,将之传送给增强现实场景当中。4.根据权利要求3所述的基于增强现实的虚拟雕塑方法,其特征在于,所述与虚...
【专利技术属性】
技术研发人员:杜广龙,邵亨康,张平,陈晓丹,陈明轩,
申请(专利权)人:华南理工大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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