一种交互式数字地球仪及交互方法技术

本发明专利技术公开一种交互式数字地球仪及交互方法。该数字地球仪包括：播放器、高清投影仪、鱼眼镜头、球形屏幕和动作捕捉跟踪器；播放器的输出端与高清投影仪的输入端连接，播放器用于播放世界地势图平面图；高清投影仪位于球形屏幕后方，高清投影仪的投影镜头前固定有鱼眼镜头，高清投影仪用于通过鱼眼镜头将世界地势图平面图投影至球形屏幕上；球形屏幕为四分之一球面的屏幕；动作捕捉跟踪器的输出端连接播放器的输入端，动作捕捉跟踪器用于捕捉用户的手臂动作，播放器还用于根据用户的手臂动作调节世界地势图平面图的播放效果。采用本发明专利技术的数字地球仪，成本大幅降低，可用性和普适性更强，利于推广应用。

An interactive digital globe and interaction method

The invention discloses an interactive digital globe and an interactive method. The digital globe consists of a player, a high-definition projector, a fisheye lens, a spherical screen and a motion capture tracker; the output end of the player is connected to the input end of the high-definition projector, and the player is used to play the world topographic map plan; the high-definition projector is located behind the spherical screen, and the projection lens of the high-definition projector is fixed in front of the high-definition projector. A fish-eye lens is fixed, and a high-definition projector is used to project a world topographic map to a spherical screen through a fish-eye lens; a spherical screen is a quarter spherical screen; the output of the motion capture tracker is connected to the input of the player; the motion capture tracker is used to capture the arm movements of the user; and the player is also used to capture the arm movements of the user. According to the user's arm movements, the effect of the plan of the world topography is adjusted. The digital globe of the invention has the advantages of lower cost, stronger usability and universality, and is favorable for popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
一种交互式数字地球仪及交互方法
本专利技术涉及数字地球仪领域，特别是涉及一种交互式数字地球仪及交互方法。
技术介绍
目前，国内外关于电子地球仪的研究主要集中在利用全息投影技术制作的全息模拟地球仪，例如Orboot地球仪、地理科普模拟演示地球仪、180度全息互动电子地球仪。(1)Orboot地球仪，是利用AR增强现实技术研制的虚拟地球仪，具有3D立体动画，真人语音，AR互动三大特色。地球仪以iOS或Android设备为基础，通过AR程序描绘三维立体地球。目前该产品主要用于科普教学。(2)地理科普模拟演示地球仪，主要有两款产品，一是大型下悬浮地球仪，利用电磁斥力将球体悬浮于空中并进行导向，实现球体与底座间的无机械接触，且使球体匀速旋转。大型下悬浮地球仪适用于科技馆、少年宫、科学宫、青少年活动中心、自然博物馆、学校、展厅等。二是智能互动地球仪，声光电互动产品，受众通过触摸旋转球体的方式认识地球动态的演变。它把地球表面投影到圆形球面上，把大陆历史变迁做为它的主要特征，能演示几百种不同的地球状态，如：大陆漂移，气候变化等。智能互动地球仪并不是简单地改变了地球仪，而是使地球仪具有生动形象的特征，如各种行星图文互换，月亮、太阳、火星和其它星球都能投影到地球上，也是适用于现代科技馆、天文馆、自然地理馆等的高科技声光电产品。(3)180度全息互动电子地球仪，该地球仪由180度全息互动触控球面投影屏幕、高清投影仪、触屏控制元件等构成。图片清晰可交互，占地空间小，适合科普展览使用。上述提到的地球仪普遍存在两个问题，第一包含的地理信息量少，大部分用于科普演示；第二价格昂贵。专利技术内容本专利技术的目的是提供一种交互式数字地球仪及交互方法，以降低交互式数字地球仪的成本，提高交互式数字地球仪的成像精度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种交互式数字地球仪，所述数字地球仪包括：播放器、高清投影仪、鱼眼镜头、球形屏幕和动作捕捉跟踪器；所述播放器的输出端与所述高清投影仪的输入端连接，所述播放器用于播放世界地势图平面图；所述高清投影仪位于所述球形屏幕后方，所述高清投影仪的投影镜头前固定有所述鱼眼镜头，所述高清投影仪用于通过所述鱼眼镜头将所述世界地势图平面图投影至所述球形屏幕上；所述球形屏幕为四分之一球面的屏幕，所述球形屏幕与屏幕后方的竖直面和屏幕下方的水平面构成四分之一球体，所述竖直面为所述球面竖直方向的半径所在的平面，所述水平面为所述球面水平方向的半径所在的平面；所述动作捕捉跟踪器的输出端连接所述播放器的输入端，所述动作捕捉跟踪器用于捕捉用户的手臂动作，所述播放器还用于根据所述用户的手臂动作调节所述世界地势图平面图的播放效果。可选的，所述世界地势图平面图基于WGS84坐标系。可选的，所述鱼眼镜头与所述水平面的夹角为20度～30度。可选的，所述球形屏幕的外表面为亚克力磨砂面，且在所述球形屏幕的外表面刷有投影漆，所述球形屏幕的半径为1.1米。可选的，所述高清投影仪的尾部距离所述球形屏幕后方的竖直面0.6米。可选的，所述球形屏幕下方的水平面上具有防反光涂层。本专利技术还提供一种交互方法，所述交互方法应用于上述的交互式数字地球仪，所述交互方法包括：获取动作捕捉跟踪器采集的用户的手臂动作；根据所述手臂动作确定用户的滑动方向与滑动角度；根据所述用户的滑动方向与滑动角度，调节播放器中世界地势图平面图的滚动方向与滚动角度。可选的，所述获取动作捕捉跟踪器采集的用户的手臂动作，之前还包括：获取世界地理数据，所述世界地理数据包括：全球百万数据、多比例尺矢量数据、多分辨率遥感影像数据、地形晕渲数据、地名地址数据；以所述全球百万数据为基础数据，以WGS84坐标系为平面图坐标系，通过图层叠加的方式将所述多比例尺矢量数据、所述多分辨率遥感影像数据、所述地形晕渲数据、所述地名地址数据叠加在所述基础数据上，生成所述世界地势图平面图；获取所述播放器的播放参数，所述播放参数包括滚动速度和滚动模式；根据所述播放参数播放所述世界地势图平面图。可选的，所述滚动速度为49.4像素/秒，所述滚动模式为平滑滚动模式。可选的，所述生成所述世界地势图平面图，之后还包括：根据模型Φ＝k1L+k2p+k3S+k4d+k5α+k6w+k7b+k8c+k9v调节各个加权参数的数值，其中Φ为球形屏幕的投影效果，L为所述球形屏幕的投影图像的尺寸，p为计算机分辨率，S为所述球形屏幕的面积，d为高清投影仪的尾部与所述球形屏幕后方的竖直面之间的距离，α为鱼眼镜头和水平面的夹角，w为投影图像的标注字体，b为所述标注字体的尺寸，c为所述标注字体的颜色，v为所述交互式数字地球仪的转速，k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、k9为对应加权参数的权重。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术的交互式投影数字地球仪，综合全球百万数据、多比例尺矢量数据、多分辨率遥感影像数据、地形晕渲数据、地名地址数据以及有关综合信息，数据内容丰富，不但可用于科普展示，因其详实的地理信息使其具有很高的实用价值。本专利技术通过集成球形屏幕、高清投影仪、鱼眼镜头以及人体的动作捕捉跟踪器，自主开发地图交互控制程序，成本大幅降低，可用性和普适性更强，利于推广应用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术交互式数字地球仪的结构示意图；图2为本专利技术交互式数字地球仪中平面图通过鱼眼镜头投影到球形屏幕的示意图；图3为本专利技术交互方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术通过集成球面展示地图、球形屏幕、投影仪、投影控制软件、人体动作捕捉跟踪器、遥控器，设计制作了我国首台交互式内投影数字地球仪，利用多媒体技术和声光电技术展现自西向东自转形态下的北半球，用于地理信息成果大场景可视化展示。该地球仪标绘了南纬15度至北纬90度的地理信息，包括亚洲、欧洲、非洲、北美洲以及南美洲的洲界、大洋、中国的国界、部分岛屿和岛礁、地图范围内的其他国界、未定国界、地区界和停火线，部分国家的首都和大城市等信息。采用数字高程模型数据晕渲的手段生成的地形数据不仅覆盖全球陆地区域，还增加了海底地形。该地球仪具有轻量级、内存消耗小、易于部署、不依赖其他插件的特点，亮度5000到12000流明，分辨率1920乘1200dpi，可无人值守状态下持续巡航使用时间20天以上，地球自转平滑，视觉观感良好。图1为本专利技术交互式数字地球仪的结构示意图。如图1所示，所述数字地球仪包括：播放器1、高清投影仪2、鱼眼镜头3、球形屏幕4和动作捕捉跟踪器5；所述播放器1的输出端与所述高清投影仪2的输入端连接，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交互式数字地球仪，其特征在于，所述数字地球仪包括：播放器、高清投影仪、鱼眼镜头、球形屏幕和动作捕捉跟踪器；所述播放器的输出端与所述高清投影仪的输入端连接，所述播放器用于播放世界地势图平面图；所述高清投影仪位于所述球形屏幕后方，所述高清投影仪的投影镜头前固定有所述鱼眼镜头，所述高清投影仪用于通过所述鱼眼镜头将所述世界地势图平面图投影至所述球形屏幕上；所述球形屏幕为四分之一球面的屏幕，所述球形屏幕与屏幕后方的竖直面和屏幕下方的水平面构成四分之一球体，所述竖直面为所述球面竖直方向的半径所在的平面，所述水平面为所述球面水平方向的半径所在的平面；所述动作捕捉跟踪器的输出端连接所述播放器的输入端，所述动作捕捉跟踪器用于捕捉用户的手臂动作，所述播放器还用于根据所述用户的手臂动作调节所述世界地势图平面图的播放效果。

【技术特征摘要】
1.一种交互式数字地球仪，其特征在于，所述数字地球仪包括：播放器、高清投影仪、鱼眼镜头、球形屏幕和动作捕捉跟踪器；所述播放器的输出端与所述高清投影仪的输入端连接，所述播放器用于播放世界地势图平面图；所述高清投影仪位于所述球形屏幕后方，所述高清投影仪的投影镜头前固定有所述鱼眼镜头，所述高清投影仪用于通过所述鱼眼镜头将所述世界地势图平面图投影至所述球形屏幕上；所述球形屏幕为四分之一球面的屏幕，所述球形屏幕与屏幕后方的竖直面和屏幕下方的水平面构成四分之一球体，所述竖直面为所述球面竖直方向的半径所在的平面，所述水平面为所述球面水平方向的半径所在的平面；所述动作捕捉跟踪器的输出端连接所述播放器的输入端，所述动作捕捉跟踪器用于捕捉用户的手臂动作，所述播放器还用于根据所述用户的手臂动作调节所述世界地势图平面图的播放效果。2.根据权利要求1所述的数字地球仪，其特征在于，所述世界地势图平面图基于WGS84坐标系。3.根据权利要求1所述的数字地球仪，其特征在于，所述鱼眼镜头与所述水平面的夹角为20度～30度。4.根据权利要求1所述的数字地球仪，其特征在于，所述球形屏幕的外表面为亚克力磨砂面，且在所述球形屏幕的外表面刷有投影漆，所述球形屏幕的半径为1.1米。5.根据权利要求4所述的数字地球仪，其特征在于，所述高清投影仪的尾部距离所述球形屏幕后方的竖直面0.6米。6.根据权利要求1所述的数字地球仪，其特征在于，所述球形屏幕下方的水平面上具有防反光涂层。7.一种交互方法，其特征在于，所述交互方法应用于权利要求1-5所述的交互式数字地球仪，所述交互方法包括：获取动作捕捉跟...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘万增，李然，翟曦，王云帆，朱秀丽，彭云璐，
申请(专利权)人：国家基础地理信息中心，
类型：发明
国别省市：北京,11