基于立方体模型的3D环境交互方法及其装置制造方法及图纸

本申请公开了一种基于立方体模型的3D环境交互方法及其装置，该方法包括以下步骤：步骤S1：新建立方体模型；步骤S2：网格化立方体模型；步骤S3：对立方体成对表面件纹理贴图，并设置各面租对应功能；步骤S4：新建环形UI；步骤S5：拖拽立方体模型并获取触发点与立方体面初始交叉点，根据交叉点所处平面对应功能，执行操作；该交互方法可以：首先降低UI屏占比，为场景内容的展示留出更连续的空间，使用户获得更完整的视野；简化用户操作步骤，只需要掌握拖拽/滑动一种操作方式，通过选择不同的表面即可实现不能功能的切换，降低学习成本；手部动作幅度需求小，用户单手交互下手机掉落的风险大大降低。

【技术实现步骤摘要】
基于立方体模型的3D环境交互方法及其装置
本申请涉及操作界面下人机交互
，特别是一种基于立方体模型的3D环境交互方法及其装置。
技术介绍
随着PC，手机等消费级电子设备计算性能的提升，数字化三维场景展示技术找到了更广阔的应用平台和目标受众。越来越多的领域将可交互的三维场景展示应用到线上宣传中，因此为创造更好的用户体验，技术人员一直在不断地对虚拟三维空间涉及的交互需求进行分析，以实现对现有技术的优化和更多方面的创新。虚拟三维空间中基本的交互需求包括对场景中虚拟相机，即用户视角的控制以及场景中虚拟物体的选择。与传统的二维空间相比，三维空间为信息呈现提供了更加丰富的方式，视角变换功能是三维虚拟空间具有的一项显著优势之一，用户通过控制虚拟相机的移动和旋转，实现在虚拟场景中的漫游，从而全方位地获取场景中的信息。在视角控制技术中，最普遍的方式是探索式漫游，即由用户自主控制相机状态，包括相机的位置和面向角度两个属性。目前常见的实现方式是在界面设置多个按键，对应不同方向的移动和旋转，这种方式占用了较多的屏幕空间且无法支持用户的功能自定义布局。在虚拟物体选择需求中，无论是在数字博物馆等科普类应用程序还是在PC端和移动端的3D游戏应用中，普及率最高的方案都是DirectTouch(直接触控)的方式，即用户使用鼠标或手指直接点击目标物体以表示选择操作的方式。这种操作方式具有相应速度快的优势，但同时也伴随着操作精确度降低的问题，使用手指在屏幕上点击时误触现象更容易发生。现有PC端也依赖于方向键的交互方案中，繁杂的UI堆砌对画面内容造成严重的遮挡，干扰用户对场景全局完整性的理解，同时容易导致用户错过部分信息。与此同时，为不同的功能设置不同的UI按键和配套的操作规则，这加大了新手用户的学习成本，用户需要时间学习和适应如何通过不同的操作执行各项功能。屏幕区域滑动控制的交互方案将屏幕内较大区域设为移动或旋转的可交互区域，这种方式虽然降低了交互操作对输入位置的要求，但也增大了误触情况的发生(如用户在屏幕内滑动想要控制相机旋转时，鼠标与屏幕的初始接触位置放置有可交互物体，因此触发了物体选择功能)。现有的UI界面自定义方式只是在屏幕二维空间内改变了UI图标的尺寸和位置，缺少与虚拟三维空间的呼应。另一方面，不同组件之间在布局上具有一定的互斥性，尤其是当用户需要放大某一项组件的接触面积时，由于组件之间互相独立，因此整体上降低了界面的美观性和屏幕空间的利用率。而在移动端上依赖于方向键的交互方案为不同的功能设置了不同的UI按键和配套的操作规则，这加大了新手用户的学习成本，用户需要时间学习和适应如何通过不同的操作执行各项功能。依赖于屏幕区域滑动的交互方案将屏幕内较大区域设为移动或旋转的可交互区域虽然降低了交互操作对输入位置的要求，但同时增大了误触情况的发生(如用户在屏幕内滑动想要控制相机旋转时，与屏幕的初始接触位置放置有可交互物体，因此触发了物体选择功能)，而由于移动端屏幕尺寸有限，UI密度较大等特点，这类现象更加容易发生，严重影响用户的交互效率和使用体验。与此同时，移动端使用这类技术还存在另一项明显的缺陷，交互手的移动对画面内容造成了严重的遮挡，干扰用户对场景全局完整性的理解，同时容易导致用户错过部分信息。界面自定义方式只是在屏幕二维空间内改变了UI图标的尺寸和位置，缺少与虚拟三维空间的呼应。另一方面，不同组件之间在布局上具有一定的互斥性，尤其是当用户需要放大某一项组件的接触面积时，由于组件之间互相独立，因此整体上降低了界面的美观性和屏幕空间的利用率。
技术实现思路
本申请提供了一种基于立方体模型的3D环境交互方法及其装置用于解决现有技术中存在的交互界面操作方式导致屏幕被侵占，无法实现用户的功能自定义布置，直接接触式操作方式又会导致误操作率增高的技术问题。本申请提供了一种基于立方体模型的3D环境交互方法，包括以下步骤：步骤S1：在场景中新建立方体模型，设定渲染立方体模型的相机CameraCube视口范围；步骤S2：获取立方体模型的无线网格网络，记录立方体模型与其六个面对应的所有三角面片及其序号；步骤S3：以任两个对立的面为一组，将立方体模型的六个面分为三组，分别赋予各组面三个不同颜色的纹理贴图，各颜色对应面分别设置执行对应功能；步骤S4：新建环形UI，所新建的环形UI围绕立方体模型在屏幕上的投影区域设置，无交互行为时该环形UI样式为普通样式，在交互操作过程中，该环形UI颜色随立方体被触发功能的表面颜色而变化，实时显示当前执行的功能类别；步骤S5：当输入端输入对立方体模型的拖拽动作时，CameraCube相机在拖拽初始时向接触位置的方向发出射线，获取射线与立方体模型首个相交点所在三角面片序号，获取步骤2中该三角面片的序号，判断该交点所在表面并执行该表面对应功能，并根据该表面颜色改变环形UI样式，相应交互功能包括：立方体模型姿态调节、以立方体模型为接口的场景漫游、物体选择；如果该交点不在立方体在屏幕投影区域内，则旋转调整立方体模型的姿态，并充分判断操作；步骤S510：每一次结束滑动或拖拽动作后，立方体位置复原为初始位置，同时恢复环形UI为普通样式，结束交互界面的操作输入。优选的，当步骤5中识别输入端触发功能为以立方体模型为接口的场景漫游时，包括以下步骤：步骤S61：将立方体模型在屏幕空间中投影位置记录为初始位置并设置立方体模型移动范围；步骤S62：通过将屏幕空间中立方体模型的位移向量映射到虚拟相机在三维空间中的X-Z平面上，根据该映射后的位移向量位置变化实现视角平移。优选的，当步骤5中识别用户触发功能为立方体模型姿态调节时，包括以下步骤：步骤S71：将立方体模型在屏幕空间中的投影位置记录为初始位置并设置移动范围；步骤S72：通过将屏幕空间中立方体模型的位移向量映射到虚拟相机在三维空间中绕X轴和绕Y轴的旋转实现视角旋转。优选的，当步骤5中识别用户触发功能为物体选择时，包括以下步骤：步骤S81：将立方体在屏幕空间中的投影位置记录为初始位置并设置移动范围:；步骤S82:通过将屏幕空间中立方体的位移向量乘以一个放大系数实现向量的延伸；步骤S83：以初始位置为原点在屏幕空间内沿向量方向画出线段使延长向量的轨迹可见，同时场景主相机以此向量的终点为目标方向向场景发射射线。优选的，所述步骤S4中所新建环形UI的大小与立方体模型的有限移动范围相对应。优选的，步骤S5中所用输入端为鼠标或手指。本申请的另一方面还提供一种基于立方体模型的3D环境交互装置，包括：建模模块(11)，用于在场景中新建立方体模型，设定渲染立方体模型的相机CameraCube视口范围；网格化模块(12)，用于获取立方体模型的无线网格网络，记录立方体模型与其六个面对应的所有三角面片及其序号；定义模块(13)，用于以任两个对立的面为一组，将立方体模型的六个面分为三组，分别赋予各组面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于立方体模型的3D环境交互方法，其特征在于，包括以下：/n步骤S1：在场景中新建立方体模型，设定渲染立方体模型的相机CameraCube视口范围；/n步骤S2：获取立方体模型的无线网格网络，记录立方体模型与其六个面对应的所有三角面片及其序号；/n步骤S3：以任两个对立的面为一组，将立方体模型的六个面分为三组，分别赋予各组面三个不同颜色的纹理贴图，各颜色对应面分别设置执行对应功能；/n步骤S4：新建环形UI，所新建的环形UI围绕立方体模型在屏幕上的投影区域设置，无交互行为时该环形UI样式为普通样式，在交互操作过程中，该环形UI颜色随立方体被触发功能的表面颜色而变化，实时显示当前执行的功能类别；/n步骤S5：当输入端输入对立方体模型的拖拽动作时，CameraCube相机在拖拽初始时向接触位置的方向发出射线，获取射线与立方体模型首个相交点所在三角面片序号，获取步骤2中该三角面片的序号，判断该交点所在表面并执行该表面对应功能，并根据该表面颜色改变环形UI样式，相应交互功能包括：立方体模型姿态调节、以立方体模型为接口的场景漫游、物体选择；如果该交点不在立方体在屏幕投影区域内，则旋转调整立方体模型的姿态，并充分判断操作；/n步骤S510：每一次结束滑动或拖拽动作后，立方体位置复原为初始位置，同时恢复环形UI为普通样式，结束交互界面的操作输入。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于立方体模型的3D环境交互方法，其特征在于，包括以下：
步骤S1：在场景中新建立方体模型，设定渲染立方体模型的相机CameraCube视口范围；
步骤S2：获取立方体模型的无线网格网络，记录立方体模型与其六个面对应的所有三角面片及其序号；
步骤S3：以任两个对立的面为一组，将立方体模型的六个面分为三组，分别赋予各组面三个不同颜色的纹理贴图，各颜色对应面分别设置执行对应功能；
步骤S4：新建环形UI，所新建的环形UI围绕立方体模型在屏幕上的投影区域设置，无交互行为时该环形UI样式为普通样式，在交互操作过程中，该环形UI颜色随立方体被触发功能的表面颜色而变化，实时显示当前执行的功能类别；
步骤S5：当输入端输入对立方体模型的拖拽动作时，CameraCube相机在拖拽初始时向接触位置的方向发出射线，获取射线与立方体模型首个相交点所在三角面片序号，获取步骤2中该三角面片的序号，判断该交点所在表面并执行该表面对应功能，并根据该表面颜色改变环形UI样式，相应交互功能包括：立方体模型姿态调节、以立方体模型为接口的场景漫游、物体选择；如果该交点不在立方体在屏幕投影区域内，则旋转调整立方体模型的姿态，并充分判断操作；
步骤S510：每一次结束滑动或拖拽动作后，立方体位置复原为初始位置，同时恢复环形UI为普通样式，结束交互界面的操作输入。


2.根据权利要求1所述的基于立方体模型的3D环境交互方法，其特征在于，当步骤5中识别输入端触发功能为以立方体模型为接口的场景漫游时，包括以下步骤：
步骤S61：将立方体模型在屏幕空间中投影位置记录为初始位置并设置立方体模型移动范围；
步骤S62：通过将屏幕空间中立方体模型的位移向量映射到虚拟相机在三维空间中的X-Z平面上，根据该映射后的位移向量位置变化实现视角平移。


3.根据权利要求1所述的基于立方体模型的3D环境交互方法，其特征在于，当步骤5中识别用户触发功能为立方体模型姿态调节时，包括以下步骤：
步骤S71：将立方体模型在屏幕空间中的投影位置记录为初始位置并设置移动范围；
步骤S72：通过将屏幕空间中立方体模型的位移向量映射到虚拟相机在三维空间中绕X轴和绕Y轴的旋转实现视角旋转。


4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈旭昆，王梦园，胡勇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学云南创新研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53