交互虚拟水流墙系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种交互虚拟水流墙系统，属于展览、会议行业展示领域，旨在提供一种实现水流瀑布特效，与体验者产生碰撞效果的交互虚拟水流墙系统，其技术方案要点是包括巨屏显示组件、水墙虚拟子系统、体感交互子系统，所述体感交互子系统用于检测人物的动作并建立人物的虚拟动作模型然后发送至水墙虚拟子系统；所述水墙虚拟子系统用于虚拟瀑布仿真模型，然后发送至巨屏显示子系统并进行投射。本发明专利技术公开了一种交互虚拟水流墙的设计方法，属于展览、会议行业展示领域，旨在设计水流瀑布特效，与体验者产生碰撞效果。可应用于博物馆、科技馆、主题馆、规划馆中，作为提高展馆趣味性，吸引青少年眼球的重要展项。

【技术实现步骤摘要】
交互虚拟水流墙系统及方法
本专利技术涉及展览、会议行业展示领域，特别涉及一种交互虚拟水流墙系统及方法。
技术介绍
随着展馆行业的发展，展馆中越来越多的使用多媒体技术，各类多媒体技术给展馆增色很多，给观众留下深刻印象，但单纯的图片影片等展示形式已经显得单调，缺乏趣味，形式单一、位置固定，缺少新意了。现在更多的是把各种声光电技术、计算机视觉技术、人工智能等技术结合应用于展馆中。利用计算机视觉技术实现展项中媒体的实时互动，是当下很流行的展示方式，如何利用新技术新形势让观众耳目一新，这是展示行业中多媒体从业人员一直在努力的事情。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种交互虚拟水流墙系统，具有实现水流瀑布特效，与体验者产生碰撞效果的优点。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种交互虚拟水流墙系统，包括巨屏显示组件、水墙虚拟子系统、体感交互子系统，所述体感交互子系统用于检测人物的动作并建立人物的虚拟动作模型然后发送至水墙虚拟子系统；所述水墙虚拟子系统用于虚拟瀑布仿真模型，并接收体感交互子系统的动作模型与瀑布仿真模型形成仿真交互碰撞模型，然后发送至巨屏显示子系统；所述巨屏显示子系统用于接收水墙虚拟子系统的瀑布仿真模型和交互碰撞模型，并进行投射。通过采用上述技术方案，水流墙虚拟子系统虚拟瀑布仿真模型，并发送至巨屏显示子系统进行显示；当有体验者进行交互时，体感交互子系统检测体验者的人物动作，并建立人物的虚拟动作，然后发送至水墙虚拟子系统，水枪虚拟子系统与瀑布仿真模型形成仿真交互模型，然后发送至巨屏显示子系统进行投射。进一步的，所述体感交互子系统包括动作采集模块、动作分析模块、动作模拟模块，动作采集模块，实时采集体验者的动作数据并发送给动作分析模块；动作分析模块，接收动作采集模块的动作数据并进行分析得到动作分析数据，发送给动作模拟模块；动作模拟模块，接收动作分析模块的动作分析数据，然后通过动作分析数据进行动作建模，并将动作模型发送至水墙虚拟子系统。通过采用上述技术方案，动作采集模块采集体验者的动作数据，然后发送给动作分析模块进行动作分析并得到动作分析数据，动作模拟模块根据动作分析数据进行动作建模得到动作模型。进一步的，所述水墙虚拟子系统包括瀑布建模单元、碰撞模型建模单元、渲染中心、控制中心，瀑布建模单元，建立虚拟瀑布仿真模型，并发送给碰撞模型建模单元；碰撞模型建模单元，接收动作模拟模块的动作模型和瀑布建模单元的瀑布仿真模型，并将两者结合模拟形成虚拟碰撞模型；渲染中心，接收瀑布建模单元的虚拟瀑布仿真模型和碰撞模型建模单元的虚拟碰撞模型，并对两者进行渲染。通过采用上述技术方案，瀑布建模单元建立瀑布仿真模型，碰撞模型建模单元将动作模型和瀑布仿真模型结合模拟形成虚拟碰撞模型，渲染中心对瀑布仿真模型和虚拟碰撞模型进行实时光照渲染、场景渲染、模型渲染和粒子模型。进一步的，所述瀑布建模单元在粒子流体粘稠度处理过程中采用半拉格朗日流场解法与欧拉法；结合粒子的双密度松弛算法模拟水花效果；利用基于物理的拉格朗日算法，简化求解普通的只含有时间导数的微分方程模拟流体。通过采用上述技术方案，在粒子流体粘稠度处理过程中采用半拉格朗日流场解法与欧拉法，使得求解快速简单稳定，大大提高粒子流体的效率，减少系统消耗。结合粒子的双密度松弛算法模拟水花效果，并结合粒子流体粘稠度属性很好地解决了粒子的分散特性。为了更好的模拟流体，流体力学利用基于物理的拉格朗日算法，简化求解普通的只含有时间导数的微分方程,而无须求解同时含有时间和空间导数的偏微分方程,更便于程序实现，提高粒子计算效率。进一步的，所述巨屏显示子系统包括若干块拼接屏、拼接处理器、屏幕安装架、音频播放单元，所述拼接器与水墙虚拟子系统连接，并将瀑布仿真模型和交互碰撞模型的图像信号分配到各块拼接屏上进行显示。通过采用上述技术方案，水墙虚拟子系统将瀑布仿真模型和交互碰撞模型的图像信号传输到拼接处理器，拼接处理器将将图像信号分配到各块拼接屏上进行显示，并通过音频播放单元进行音效播放。进一步的，所述屏幕安装架包括主撑架，所述主撑架上设有用于安装单个拼接屏的屏幕支架，所述屏幕支架包括矩形外框架，所述外框架内设有两根竖直设置的撑板和用于安装拼接屏的屏幕连接架，所述屏幕连接架与撑板之间连接有剪形支架；所述剪形支架包括交叉设置的主动支杆和从动支杆，主动支杆与从动支杆在两者的中点处转动连接，主动支杆一端与撑板铰接，另一端与屏幕连接架滑动连接；从动支杆一端与屏幕连接架转动连接，另一端与撑板滑动连接；两块撑板之间设有用于驱动剪形支架开合的开合机构。通过采用上述技术方案，开合机构驱动剪形支架开合，当单个拼接屏需要维护时，开合机构驱动剪形支架张开，使得拼接屏伸出屏幕安装架方便维护。进一步的，所述开合机构包括固定杆和滑移杆，所述固定杆两端分别与相应的从动支杆转动连接，滑移杆两端分别穿过撑板并与滑移杆转动连接，固定杆与滑移杆之间连接用于驱动两者相互靠近或者远离的驱动组件。通过采用上述技术方案，当需要将剪形支架张开时，驱动组件驱动滑移杆朝向固定杆运动，从而驱动屏幕连接架沿背向主撑架的方向运动，将拼接屏伸出方便检修和维护。进一步的，所述驱动组件为气缸，所述屏幕安装架还包括用于控制各个驱动结构的控制面板。通过采用上述技术方案，当需要检修故障的拼接屏时，通过控制面板控制对应的气缸，气缸驱动剪形支架张开将对应的拼接屏伸出。本专利技术的另一目的是提供一种交互虚拟水流墙的设计方法，具有系统实现的水流瀑布特效，与体验者产生碰撞效果的优点。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种交互虚拟水流墙的设计方法，基于上述的水墙虚拟子系统，其特征在于：1）、建立流体控制方程：++=（动量方程）（连续方程）其中，表示流体速度，为流体密度，是重力加速度，是运动粘度系数，P为压强，表示每单元区域的流体对外界所施加的力，符号及分别表示梯度和散度算子，为拉普拉斯算子；采用有限差分法进行时间离散化和空间离散化，并进行求解；2）、基于粒子的实时液态仿真：首先计算粒子在空间的动态速度；并用前向欧拉方法更新每个粒子的下一刻位置；3）、结合粒子的双密度松弛算法模拟水花效果，两个粒子间的密度松弛位移和虚拟的压力采用如下公式模拟：其中为从粒子i指向j的单位矢量；4）、利用基于物理的拉格朗日算法，简化求解微分方程模拟流体。通过采用上述技术方案，采用半拉格朗日流场解法和欧拉法对粒子流体粘稠度进行处理，简化了求解过程，使得系统的运行效率得以提高。结合粒子的双密度松弛算法很好的模拟水花效果，同时采用物理的拉格朗日算法提高粒子计算效率。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：1.本系统实现的水流瀑布特效，仿真水流形成一面瀑布墙，自上而下，高仿真瀑布水流体；2体感交互子系统实时检测人体，实时创建人体抽象模型，模拟人物动作，模拟出仿真瀑布流体与人物模型产生碰撞效果；3.可应用于博物馆、科技馆、主题馆、规划馆中，作为提高展馆趣味性，吸引青少年眼球的重要展项。附图说明图1是实施例1中交互虚拟水流墙系统的系统框图；图2是实施例1中体感交互子系统的系统框图；图3是实施例1中水墙虚拟子系统的系统框图；图4是实施例1中控制中心的功能图；图5是实施例1中巨屏显示子系统的系统框图；图6是实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交互虚拟水流墙系统，其特征在于：包括巨屏显示组件、水墙虚拟子系统（200）、体感交互子系统（100），所述体感交互子系统（100）用于检测人物的动作并建立人物的虚拟动作模型然后发送至水墙虚拟子系统（200）；所述水墙虚拟子系统（200）用于虚拟瀑布仿真模型，并接收体感交互子系统（100）的动作模型与瀑布仿真模型形成仿真交互碰撞模型，然后发送至巨屏显示子系统（300）；所述巨屏显示子系统（300）用于接收水墙虚拟子系统（200）的瀑布仿真模型和交互碰撞模型，并进行投射。

【技术特征摘要】
1.一种交互虚拟水流墙系统，其特征在于：包括巨屏显示组件、水墙虚拟子系统（200）、体感交互子系统（100），所述体感交互子系统（100）用于检测人物的动作并建立人物的虚拟动作模型然后发送至水墙虚拟子系统（200）；所述水墙虚拟子系统（200）用于虚拟瀑布仿真模型，并接收体感交互子系统（100）的动作模型与瀑布仿真模型形成仿真交互碰撞模型，然后发送至巨屏显示子系统（300）；所述巨屏显示子系统（300）用于接收水墙虚拟子系统（200）的瀑布仿真模型和交互碰撞模型，并进行投射。2.根据权利要求1所述的交互虚拟水流墙系统，其特征在于：所述体感交互子系统（100）包括动作采集模块（110）、动作分析模块（120）、动作模拟模块（130），动作采集模块（110），实时采集体验者的动作数据并发送给动作分析模块（120）；动作分析模块（120），接收动作采集模块（110）的动作数据并进行分析得到动作分析数据，发送给动作模拟模块（130）；动作模拟模块（130），接收动作分析模块（120）的动作分析数据，然后通过动作分析数据进行动作建模，并将动作模型发送至水墙虚拟子系统（200）。3.根据权利要求2所述的交互虚拟水流墙系统，其特征在于：所述水墙虚拟子系统（200）包括瀑布建模单元（210）、碰撞模型建模单元（220）、渲染中心（230）、控制中心（240），瀑布建模单元（210），建立虚拟瀑布仿真模型，并发送给碰撞模型建模单元（220）；碰撞模型建模单元（220），接收动作模拟模块（130）的动作模型和瀑布建模单元（210）的瀑布仿真模型，并将两者结合模拟形成虚拟碰撞模型；渲染中心（230），接收瀑布建模单元（210）的虚拟瀑布仿真模型和碰撞模型建模单元（220）的虚拟碰撞模型，并对两者进行渲染。4.根据权利要求3所述的交互虚拟水流墙系统，其特征在于：所述瀑布建模单元（210）在粒子流体粘稠度处理过程中采用半拉格朗日流场解法与欧拉法；结合粒子的双密度松弛算法模拟水花效果；利用基于物理的拉格朗日算法，简化求解普通的只含有时间导数的微分方程模拟流体。5.根据权利要求1所述的交互虚拟水流墙系统，其特征在于：所述巨屏显示子系统（300）包括若干块拼接屏（310）、拼接处理器（320）、屏幕安装架（330）、音频播放单元（340），所述拼接器与水墙虚拟子系统（200）连接，并将瀑...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆涛，莫滨辉，朱心宇，褚夫君，余海霞，沈张琳，沈思，牛俊，
申请(专利权)人：苏州金螳螂文化发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32