一种虚实物体之间碰撞及遮挡检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种虚实物体之间碰撞及遮挡检测方法，首先建立世界坐标系，将虚拟三维模型定位在虚拟模型场景中；其次用物理深度相机拍摄真实环境深度图像，利用方位跟踪系统获得物理深度相机的位置和方位；再次计算机端得到物理深度相机的三维方位，定义为第一方位；将虚拟深度相机置于第二方位，根据深度相机成像模型合成虚拟三维模型在虚拟深度相机上所成的第一合成深度图像；计算第一合成深度图像上各像素点在第一方位上的深度值，获得第二合成深度图像；最后利用第二合成深度图像和真实环境深度图像进行虚实物体之间的碰撞及遮挡检测以及距离计算。本发明专利技术基于深度图像并将深度图像栅格化，进行碰撞及遮挡检测，处理速度快，检测准确。

【技术实现步骤摘要】
一种虚实物体之间碰撞及遮挡检测方法及系统
本专利技术涉及一种虚拟三维模型（计算机生成）与真实物体（物理环境）的碰撞干涉检测和遮挡检测方法及系统，属于增强现实、信息物理融合系统领域。
技术介绍
增强现实（AugmentedReality，AR）是指将计算机生成的虚拟模型、虚拟模型场景或虚拟提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实环境的增强。增强现实技术均有虚实结合、实时交互和三维注册的特点。其中三维注册一直是增强现实系统关键技术，是指把虚拟模型准确叠加到和真实场景上显示，实现三维空间位置的一致性和视觉显示的一致性。增强现实技术实现了虚拟模型和真实环境视觉的一致性，在增强现实仿真应用（如虚实装配、基于增强现实的机器人路径规划）中，虚实模型的碰撞及遮挡检测尤为重要。公开号为CN102254346A的专利技术专利公布了《基于云计算的增强现实虚实碰撞检测方法》，该方法通过提取关键帧的特征点；估计实际物体姿势及运动，建立虚拟物体的包围盒树进行碰撞检测。公开号为CN102194248A的专利技术专利《基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法》，该方法对摄像头获得的实际物体进行预处理，估计实际物体姿势和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚实物体之间碰撞及遮挡检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤10、统一计算机端虚拟模型场景坐标系和真实环境坐标系，使虚实物体都在同一个世界坐标系下，然后将待检测物体的虚拟三维模型（3）定位在计算机端的虚拟模型场景中；步骤20、在真实环境（7）中物理深度相机（1）拍摄真实环境深度图像（4），同时，利用方位跟踪系统获得物理深度相机（1）在世界坐标系中的位置和方位；步骤30、计算机端采集方位跟踪系统的数据，得到物理深度相机（1）的三维方位，定义为第一方位；依据第一方位选择能够拍摄到虚拟三维模型（3）潜在碰撞区域的第二方位，将虚拟深度相机（2）置于第二方位上；同时，计算机端采集真实环境深度图...

【技术特征摘要】
1.一种虚实物体之间碰撞及遮挡检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤10、统一计算机端虚拟模型场景坐标系和真实环境坐标系，使虚实物体都在同一个世界坐标系下，然后将待检测物体的虚拟三维模型（3）定位在计算机端的虚拟模型场景中；步骤20、在真实环境（7）中物理深度相机（1）拍摄真实环境深度图像（4），同时，利用方位跟踪系统获得物理深度相机（1）在世界坐标系中的位置和方位；步骤30、计算机端采集方位跟踪系统的数据，得到物理深度相机（1）的三维方位，定义为第一方位；依据第一方位选择能够拍摄到虚拟三维模型（3）潜在碰撞区域的第二方位，将虚拟深度相机（2）置于第二方位上；同时，计算机端采集真实环境深度图像（4），并根据深度相机成像模型合成虚拟三维模型（3）在虚拟深度相机（2）上所成的第一合成深度图像（5）；步骤40、根据第二方位与第一方位之间的方位关系以及深度相机成像模型，计算第一合成深度图像（5）上各有效像素点转换成点云数据，根据点云数据在第一方位上的深度值，计算合成获得第二合成深度图像（6）；步骤50、利用第二合成深度图像（6）和真实环境深度图像（4）进行虚实物体之间的碰撞或遮挡检测和虚实物体之间的距离计算。2.根据权利要求1所述的一种虚实物体之间碰撞及遮挡检测方法，其特征在于：改变所述物理深度相机（1）的方位，重复所述步骤30至步骤50，进行不同方位的虚实物体之间的碰撞或遮挡检测，以及虚实物体之间的距离计算。3.根据权利要求1所述的一种虚实物体之间碰撞及遮挡检测方法，其特征在于：所述步骤50中，碰撞或遮挡的判断过程为：比较第二合成深度图像（6）和真实环境深度图像（4）上像素坐标相通的像素点的深度值大小，如果真实环境深度图像（4）像素点的深度值大于第二合成深度图像（6）对应像素点的深度值，则不存在遮挡或者碰撞，否则，则存在遮挡或者碰撞。4.根据权利要求1所述的一种虚实物体之间碰撞及遮挡检测方法，其特征在于：所述步骤50中，虚实物体之间的距离计算方法如下：步骤51、区域分层分隔：将第二合成深度图像（6）和真实环境深度图像（4）按照相同方式进行四叉树结构的递归剖分，分隔成大小相同的分隔区域；递归层数为n，第1层为根节点，第2层至第n-1层均为子节点，第n层为叶子节点；步骤52、计算分隔区域深度值范围：在每一层节点的每个分隔区域中存储该区域中深度值的范围，即深度值的最大值和最小值，然后分别建立第二合成深度图像（6）和真实环境深度图像（4）的四叉树递归分割模型；步骤53、基于层次递进的搜索第二合成深度图像（6）和真实环境深度图像（4）的深度值范围有交集的区域：使用第二合成深度图像（6）和真实环境深度图像（4）的四叉树递归分割模型，按照逐层递进的方法进行搜索查找，首先比较两张深度图像的第一层根节点的深度值范围是否存在交集，若无交集，则证明二者之间不存在遮挡或碰撞，则不进行距离计算，若存在交集，则继续逐个检查下一层子节点的各分隔区域的深度值范围是否存在交集，若无交集，则不进行距离计算，若存在交集，则检查存在交集的分隔区域的下一层子节点的各分隔区域的深度值范围是否存在交集，同理类推，直至检查至叶子节点的各分隔区域的深度值范围存在交集时，则要根据存在交集的分隔区域内像素的位置坐标进一步计算该分隔区域内虚实物体之间实际距离；步骤54、利用深度相机成像模型将第二合成深度图像（6）和真实环境深度图像（4）在叶子节点中存在交集的分隔区域内的所有相对应像素转为两组3D点云数据，通过两组点云数据计算虚实物体之间的实际距离。5.一种虚实物体之间碰撞及遮挡检测系统，其特征在于：包括物理深度相机（1）、方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈成军，张石磊，李东年，洪军，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37