一种户外场景AR游戏定位装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于AR技术领域，具体涉及一种户外场景AR游戏定位装置和方法。该装置包括游戏指令服务器、变色控制器和目标物。通过上述定位系统能够简单高效地运算出AR游戏机摄像头和玩家在该游戏场景中的对应位置，综合成本较低，算法精度较高，可以社会推广使用。可以社会推广使用。可以社会推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种户外场景AR游戏定位装置和方法

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[0001]本专利技术属于AR
，具体涉及一种户外场景AR游戏定位装置和方法。

技术介绍
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[0002]增强现实技术(Augmented Reality，简称AR)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。这种技术1990年提出。目前AR技术的实现主要依赖于AR设备，目前主流AR设备分为两种：手持AR设备：以苹果的ARKit开发平台和安卓的ARCode为代表的手持AR设备，其原理是通过摄像头录制真实世界，再通过算法混入虚拟物品，最后通过屏幕呈现出混合之后的结果。头戴AR设备：以微软的HoloLens为代表，普遍以眼镜的形式存在，玩家可以通过眼镜看到真实世界，系统直接在镜片上投射虚拟物品，最后混合成像。
[0003]在现有的AR游戏机设备上，通常采用三种方式对设备进行定位：
[0004]1、Marker
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Based AR
[0005]2、Marker
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Less AR
[0006]3、LBS
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Based AR
[0007]这三种定位方式的缺点分析如下：
[0008]1、Marker
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Based AR
[0009]这种实现方法需要一个事先制作好的Marker(例如:绘制着一定规格形状的模板卡片或者二维码)，然后把Marker放到现实中的一个位置上，相当于确定了一个现实场景中的平面，然后通过摄像头对Marker进行识别和姿态评估(Pose Estimation)，并确定其位置，然后将该Marker中心为原点的坐标系称为Marker Coordinates即模板坐标系，我们要做的事情实际上是要得到一个变换从而使模板坐标系和屏幕坐标系建立映射关系，这样我们根据这个变换在屏幕上画出的图形就可以达到该图形依附在Marker上的效果，理解其原理需要一点3D射影几何的知识，从模板坐标系变换到真实的屏幕坐标系需要先旋转平移到摄像机坐标系(Camera Coordinates)然后再从摄像机坐标系映射到屏幕坐标系。
[0010]缺点：在游戏场景中，这样的Marker很突兀，不能跟周围的环境很好地融合在一起。
[0011]2、Marker
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Less AR
[0012]基本原理与Marker based AR相同，不过它可以用任何具有足够特征点的物体(例如：书的封面)作为平面基准，而不需要事先制作特殊的模板，摆脱了模板对AR应用的束缚。它的原理是通过一系列算法(如：SURF，ORB，FERN等)对模板物体提取特征点，并记录或者学习这些特征点。当摄像头扫描周围场景，会提取周围场景的特征点并与记录的模板物体的特征点进行比对，如果扫描到的特征点和模板特征点匹配数量超过阈值，则认为扫描到该模板，然后根据对应的特征点坐标估计Tm矩阵，之后再根据Tm进行图形绘制(方法与Marker
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Based AR类似)。
[0013]缺点：需要对环境进行分析，提取周围场景的特征点，这些特征点容易受到天气、
光照、改建、装饰等因素的影响。
[0014]3、LBS
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Based AR
[0015]其基本原理是通过GPS获取玩家的地理位置，然后从某些数据源(比如wiki，google)等处获取该位置附近物体(如周围的餐馆，银行，学校等)的POI信息，再通过移动设备的电子指南针和加速度传感器获取玩家手持设备的方向和倾斜角度，通过这些信息建立目标物体在现实场景中的平面基准(相当于marker)，之后坐标变换显示等的原理与Marker
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Based AR类似。
[0016]这种AR技术利用设备的GPS功能及传感器来实现，摆脱了应用对Marker的依赖，玩家体验方面要比Marker
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Based AR更好，而且由于不用实时识别Marker姿态和计算特征点，性能方面也好于Marker
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Based AR和Marker
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Less AR，因此对比Marker
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Based AR和Marker
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Less AR，LBS
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Based AR可以更好的应用到移动设备上。
[0017]缺点：定位精度比前两种方法差，而且需要庞大的外部数据库(wiki，google等)，由于附近物体的复杂性(数据库与实物的信息同步问题)导致运算任务沉重。
[0018]但是现有的定位方法在计算复杂度上比较高，对环境和光照条件的要求也比较高。目前没有一种装置和方法，能够在AR游戏机端的数据处理器中，通过简单的算法实现自身定位。

技术实现思路
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[0019]本专利技术借助于在户外场景中，设置发光目标物，极大地简化了AR游戏中摄像头定位所需的计算量，从而通过简单的算法实现定位计算。
[0020]一种户外场景AR游戏定位装置，该装置包括游戏指令服务器、发光目标物和可控制发光目标物的遥控器。
[0021]游戏指令服务器通过无线网络控制遥控器，遥控器通过无线网络控制发光目标物的发光颜色和亮度。其中，游戏指令服务器将发光目标物的发光特征和在游戏场景中的位置信号通过无线发送给AR游戏机，AR游戏机根据实体摄像头捕获图像中的特征计算出玩家所在的位置。
[0022]发光目标物设置在户外场景中，由底座、支撑部和灯光部构成；底座通过支撑部与灯光部相连；底座内设置有供能组件，发光目标物内设置有无线收发模块。优选的：底座可以采用耐腐蚀材料，也可采用钢筋水泥等低成本材质制造；可以将底座放置地面上和/或埋入地下，可以使得整体更加坚固稳定。
[0023]灯光部为可以发出两种以上颜色的灯组成，且两种颜色为非近似色。非近似色指的是例如红、黄、蓝、绿彼此之间对比度差别较大的颜色。优选的：灯光部可以设置为竖向柱形或球形或椭球形等形状，便于计算机通过霍夫变换从图像中提取有效线条。使之在实体摄像头捕获的包含被点亮的发光目标物的场景图像中呈现出明显的图像特征，以提高发光目标物被识别的准确率。
[0024]灯光部顶部设置有太阳能和/或风能发电模块，供能组件为蓄电池和/或充放电电池组，太阳能和/或风能发电模块与充放电电池组相连。目的是能够将多余的电能储存起来以便于太阳能和/或风能发电量不足时使用。
[0025]一种户外场景AR游戏定位方法，玩家带有AR设备，所述AR设备由实体摄像头、显示
屏、加速度传感器和数据处理器构成；所述AR设备通过无线与游戏指令服务器建立信号连通；
[0026]S1.玩家进入户外场景的游戏区域，游戏指令服务器通过控制遥控器，将本游戏区域的发光目标物点亮，发光目标物显示出指定颜色；
[0027]S2.通过实体摄像头收集游戏中包含被点亮的发光目标物的场景图像，根据游戏指令服本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种户外场景AR游戏定位装置，其特征在于，该装置包括游戏指令服务器、发光目标物和可控制发光目标物的遥控器。2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于，游戏指令服务器通过无线网络控制遥控器，遥控器通过无线网络控制发光目标物的发光颜色和亮度。3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于，发光目标物设置在户外场景中，由底座、支撑部和灯光部构成；底座通过支撑部与灯光部相连；底座内设置有供能组件，发光目标物内设置有无线收发模块。4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于，灯光部为可以发出两种以上颜色的灯组成，且两种颜色为非近似色。5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于，灯光部顶部设置有太阳能和/或风能发电模块，供能组件为蓄电池和/或充放电电池组，太阳能和/或风能发电模块与充放电电池组相连。6.一种户外场景AR游戏定位方法，其特征在于：玩家带有AR设备，所述AR设备由实体摄像头、显示屏、加速度传感器和数据处理器构成；所述AR设备通过无线与游戏指令服务器建立信号连通；S1.玩家进入户外场景的游戏区域，游戏指令服务器通过控制遥控器，将本游戏区域的发光目标物点亮，发光目标物显示出指定颜色；S2.通过实体摄像头收集游戏中包含被点亮的发光目标物的场景图像，根据游戏指令服务器指定的颜色滤镜对图像进行过滤处理，对发光目标物进行识别；利用霍夫变换将指定类型的线条从场景图像中提取出来；对霍夫变换提取出来的有效线条进行处理，使之成为连续线条；S3.收集有效线条的长度和位置数据，通过数据处理器的计算处理，得出在AR游戏中的虚拟摄像头位置坐标；S4.得出虚拟摄像头位置后，通过3D游戏引擎获得3D世界的渲染画面，背景保持透明，再将3D世界的渲染画面与AR摄像头拍摄的画面相融合，即可合成AR画面，在玩家的显示屏上显示出来。7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于，同一个游戏场景下被点亮的发光目标物不应少于3个，且不处于同一平面上；若摄像头识别...

【专利技术属性】
技术研发人员：温雷华，解选本，刘新，冯永强，王爱爱，杨凯，
申请(专利权)人：中科锐新北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：