实时三维图形系统和虚拟现实交互技术技术方案

本发明专利技术涉及实时三维图形系统和虚拟现实交互技术，属于虚拟现实交互技术领域；所述数据服务层与ArcGIS Server连接；所述ArcGIS Server通过SDE与SQL Server数据库连接；所述SQL Server数据库与平台及数据层中的预报模型数据库连接；所述预报模型数据库中还设有属性数据库、空间数据库、专题数据库、3D模型数据库；所述属性数据库、空间数据库、专题数据库、3D模型数据库与预报模型数据库之间相互连接；它设计合理，可以借助软件和硬件的顺畅配合来促进参与者的沟通与反馈，创造良好的参与性和可操控性；也可以通过视频界面进行动作捕捉，储存访问者的行为片段，以保持参与者的意识增强性为基础。

【技术实现步骤摘要】
实时三维图形系统和虚拟现实交互技术
本专利技术涉及实时三维图形系统和虚拟现实交互技术，属于虚拟现实交互

技术介绍
人机交互、人机互动(英文：Human-ComputerInteraction或Human-MachineInteraction，简称HCI或HMI)，是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作。小如收音机的播放按键，大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。人机交互界面的设计要包含用户对系统的理解(即心智模型)，那是为了系统的可用性或者用户友好性。随着计算机技术的发展，操作命令也越来越多，功能也越来越强。随着模式识别，如语音识别、汉字识别等输入设备的发展，操作员和计算机在类似于自然语言或受限制的自然语言这一级上进行交互成为可能。此外，通过图形进行人机交互也吸引着人们去进行研究。这些人机交互可称为智能化的人机交互。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。计算机屏幕是平面二维的，我们之所以能欣赏到真如实物般的三维图像，是因为显示在计算机屏幕上时色彩灰度的不同而使人眼产生视觉上的错觉，而将二维的计算机屏幕感知为三维图像。基于色彩学的有关知识，三维物体边缘的凸出部分一般显高亮度色，而凹下去的部分由于受光线的遮挡而显暗色。这一认识被广泛应用于网页或其他应用中对按钮、3d线条的绘制。比如要绘制的3d文字，即在原始位置显示高亮度颜色，而在左下或右上等位置用低亮度颜色勾勒出其轮廓，这样在视觉上便会产生3d文字的效果。具体实现时，可用完全一样的字体在不同的位置分别绘制两个不同颜色的2d文字，只要使两个文字的坐标合适，就完全可以在视觉上产生出不同效果的3d文字。现有技术中很多虚拟现实交互技术的应用，这样的应用必须结合三维技术，但是目前，三维技术的展现力有限，在实际应用中没有系统化，零散的二维图形以拼凑的形式展现，与虚拟现实交互技术的融合一般，此技术是当前VR设备的核心，因此具有较好的发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理、使用方便的实时三维图形系统和虚拟现实交互技术。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：它包含HTML、JSP、Silverlight；所述HTML、JSP、Silverlight属于表现层；它还包含业务层、数据服务层、平台及数据层；所述业务层包含多源信息查询模块、实时发布预警模块、现状预报模块、三维仿真模块、视频监控模块、系统管理模块；所述业务层、数据服务层之间设有Rest、Http+Json、Webservice；所述数据服务层中设有数据操作服务模块、模型服务管理模块、三维图形服务模块、三维数据服务模块；所述数据服务层与ArcGISServer连接；所述ArcGISServer通过SDE与SQLServer数据库连接；所述SQLServer数据库与平台及数据层中的预报模型数据库连接；所述预报模型数据库中还设有属性数据库、空间数据库、专题数据库、3D模型数据库；所述属性数据库、空间数据库、专题数据库、3D模型数据库与预报模型数据库之间相互连接；所述空间数据库与三维数据服务模块连接；所述三维图形服务模块、三维数据服务模块与三维仿真模块连接；所述三维仿真模块与现状预报模块连接；所述系统管理模块与数据服务层、平台及数据层相互配合。作为优选，所述业务层与VR软件连接；所述VR软件通过计算机与虚拟世界交互；所述虚拟世界分别与输入设备和输出设备连接。作为优选，所述模型服务管理模块中设有建模模块，建模模块通过计算机收集的点、线、面与绘制函数的集合建立。作为优选，所述属性数据库中设有颜色数据库、光照数据库、纹理数据库、雾化数据库。作为优选，所述3D模型数据库中设有IMU传感器模块、结构光模块、TOF模块、双目摄像头模块。作为优选，所述预报模型数据库中设有三维图像组件模块、三维图形试运行模块、数据缓存模块、数据分析模块、数据更新模块。作为优选，所述空间数据库中设有点捕捉数据分析模块。作为优选，所述数据操作服务模块采用填充算法完善数据库。本专利技术架构在WebGIS的底层ArcGISServer上，相应的地图操作以ArcGISAPI为依托。系统采用四层体系结构，以数据库为基础，采用中间件和组件技术，实现数据管理、区划成果分析等应用。系统采用B/S架构开发，以B/S模式实现数据的入库、数据的组织维护、图件与报表的组织生成、数据信息输出功能。三维建模技术是三维仿真实现的基础，主要分为两类：一种是基于面元，另一种是基于体元。基于面元的建模方法只描述物体的表面，从纹理特征出发对物体进行描述；而基于体元的建模方法主要是表达物体的立体特性，从三维空间的角度出发，进行建模和三维空间化的工作。DEM的建模属于基于面元模型中的格网模型，其本身包括规则格网模型和不规则三角网模型两种。填充算法是计算机技术和图形学结合产生的一种算法，是一个将指定不规则区域内部像素填充为填充色的过程，在计算机辅助设计和图像处理等领域有广泛应用。填充算法有注入填充区域算法、种子填充算法、扫描线填充算法、边填充算法等。种子填充算法又称为边界填充算法，其基本思想是从多边形区域的一个内点开始，由内向外用给定的颜色画点直到边界为止，如果边界是以一种颜色指定的，则种子填充算法可逐个像素地处理直到遇到边界颜色为止。采用上述结构后，本专利技术有益效果为：本专利技术所述的实时三维图形系统和虚拟现实交互技术，设计合理，可以借助软件和硬件的顺畅配合来促进参与者的沟通与反馈，创造良好的参与性和可操控性；也可以通过视频界面进行动作捕捉，储存访问者的行为片段，以保持参与者的意识增强性为基础，同步放映增强效果和重新塑造、处理过的影像；通过增强现实、混合现实等形式，将数字世界和真实世界结合在一起，观众可以通过自身动作控制投影的文本，如数据手套可以提供力的反馈，可移动的场景、360度旋转的球体空间不仅增强了作品的沉浸感，而且可以使观众进入作品的内部，操纵它、观察它的过程，甚至赋予观众参与再创造的机会。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，下面将对实施例或现有技术描述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是本专利技术的结构框架图；图2是本专利技术中VR软件、虚拟世界的连接示意图；附图标记说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.实时三维图形系统和虚拟现实交互技术，其特征在于：它包含HTML、JSP、Silverlight；所述HTML、JSP、Silverlight属于表现层；它还包含业务层、数据服务层、平台及数据层；所述业务层包含多源信息查询模块、实时发布预警模块、现状预报模块、三维仿真模块、视频监控模块、系统管理模块；所述业务层、数据服务层之间设有Rest、Http+Json、Webservice；所述数据服务层中设有数据操作服务模块、模型服务管理模块、三维图形服务模块、三维数据服务模块；所述数据服务层与ArcGIS Server连接；所述ArcGIS Server通过SDE与SQL Server数据库连接；所述SQL Server数据库与平台及数据层中的预报模型数据库连接；所述预报模型数据库中还设有属性数据库、空间数据库、专题数据库、3D模型数据库；所述属性数据库、空间数据库、专题数据库、3D模型数据库与预报模型数据库之间相互连接；所述空间数据库与三维数据服务模块连接；所述三维图形服务模块、三维数据服务模块与三维仿真模块连接；所述三维仿真模块与现状预报模块连接；所述系统管理模块与数据服务层、平台及数据层相互配合。...

【技术特征摘要】
1.实时三维图形系统和虚拟现实交互技术，其特征在于：它包含HTML、JSP、Silverlight；所述HTML、JSP、Silverlight属于表现层；它还包含业务层、数据服务层、平台及数据层；所述业务层包含多源信息查询模块、实时发布预警模块、现状预报模块、三维仿真模块、视频监控模块、系统管理模块；所述业务层、数据服务层之间设有Rest、Http+Json、Webservice；所述数据服务层中设有数据操作服务模块、模型服务管理模块、三维图形服务模块、三维数据服务模块；所述数据服务层与ArcGISServer连接；所述ArcGISServer通过SDE与SQLServer数据库连接；所述SQLServer数据库与平台及数据层中的预报模型数据库连接；所述预报模型数据库中还设有属性数据库、空间数据库、专题数据库、3D模型数据库；所述属性数据库、空间数据库、专题数据库、3D模型数据库与预报模型数据库之间相互连接；所述空间数据库与三维数据服务模块连接；所述三维图形服务模块、三维数据服务模块与三维仿真模块连接；所述三维仿真模块与现状预报模块连接；所述系统管理模块与数据服务层、平台及数据层相互配合。2.根据权利要求1所述的实时三维图形系统和虚拟现实交互技术，其特征在于：所述业务层与VR软件连接；所述VR软件通过计算机与虚拟世界交互；所述虚拟世界分别与输入设备和输出设备连接。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振威，耿磊，
申请(专利权)人：江苏智谋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32