CN107797665B - 一种基于增强现实的三维数字沙盘推演方法及其*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于增强现实的三维数字沙盘推演方法及其***，其中，该方法包括：显示终端接收用户的第一操作以打开沙盘推演应用程序；在沙盘推演应用程序内，显示终端通过内置的图像采集设备采集当前实际环境图片；显示终端对当前实际环境图片进行特征提取以获取目标特征点；显示终端根据预设的数据库对目标特征点进行匹配处理，以得到目标位置；显示终端根据所述目标位置获取并显示目标虚拟场景；显示终端接收用户对目标虚拟场景的第二操作，第二操作包括移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成。实施本发明实施例，增强了用户观看实际物体时的带入感，并提升了互动效果。

Description

一种基于增强现实的三维数字沙盘推演方法及其***

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，具体涉及一种基于增强现实的三维数字沙盘推演方法及其***。

背景技术

沙盘是根据地形图、航空像片或实地地形，按一定的比例关系，用泥沙、兵棋和其它材料堆制的模型。沙盘用于将地形地貌或建筑物小型化展示，从而方便人们观察，目前已广泛地应用于军事或商业活动中。

但，公知的沙盘主要为实体平面沙盘，多是利用模型进行建筑等题材的静态表现，展示效果缺乏趣味性，对观众而言，也缺乏互动性。为此，出现了一种可进行互动的多媒体沙盘，其主要方案如下：在传统的沙盘模型的基础上，有机的结合安装有多媒体人机互动软件的计算机、LED显示屏等设备，使其可以通过计算机向控制器发出指令来实现沙盘照明灯的开启、颜色及闪烁变换等操作，而且还能进行烟雾和水流大小调节、模型车辆运行等控制，使沙盘模型具有了生动有趣的艺术效果。该多媒体沙盘虽然通过控制器对沙盘上设备的控制增强了沙盘的趣味性及观众互动性，但其效果过于平淡，仍然难以满足观众更高的体验需求。

进一步地，随着科学技术的不断发展，增强现实技术已发展到一定的成熟程度。增强现实(Augmented Reality，简称AR)，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息、声音、味道及触觉等)，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

基于此，有必要提供一种基于增强现实技术的沙盘推演方法及其***来增强用户观看实际物体时的带入感，并提升互动效果。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于增强现实的三维数字沙盘推演方法及其***，以增强用户观看实际物体时的带入感，并提升互动效果。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种基于增强现实的三维数字沙盘推演方法，包括：

显示终端接收用户的第一操作以打开沙盘推演应用程序；

在所述沙盘推演应用程序内，所述显示终端通过内置的图像采集设备采集当前实际环境图片；

所述显示终端对所述当前实际环境图片进行特征提取以获取目标特征点；

所述显示终端根据预设的数据库对所述目标特征点进行匹配处理，以得到目标位置，所述目标位置为增强现实沙盘模型中的任一位置，所述数据库包括特征点与所述增强现实沙盘模型中的位置的对应关系，且所述增强现实沙盘模型中的每一位置对应一虚拟场景；

所述显示终端根据所述目标位置获取并显示目标虚拟场景；

所述显示终端接收用户对所述目标虚拟场景的第二操作，所述第二操作包括移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成。

作为一种优选的实施方式，显示终端接收用户的第一操作以打开沙盘推演应用程序之前，所述方法还包括：

处理器采集多个实际场景信息；

所述处理器根据多个所述实际场景信息构建三维虚拟数字沙盘模型，所述三维虚拟数字沙盘模型包括地形信息；

所述处理器对所述三维虚拟数字沙盘模型进行参数添加处理以得到三维逼真模型，所述三维逼真模型包括地物信息、气候信息以及社会角色；

所述处理器根据所述三维逼真模型生成所述沙盘推演应用程序。

作为一种可选的实施方式，所述处理器根据所述三维逼真模型生成所述沙盘推演应用程序具体包括：

所述处理器对所述三维逼真模型中的社会角色进行运动规则添加处理，以得到增强现实沙盘模型；

所述处理器通过所述显示终端扫描实际物体信息，并对所述实体物体信息进行特征提取以获取初始特征点，所述实际物体信息包括实物以及实物图片；

所述处理器获取所述增强现实模型中的多个初始位置，并将所述初始特征点与初始位置进行一对一绑定；

所述处理器保存所述初始特征点与初始位置的绑定关系，以生成所述沙盘推演应用程序。

作为一种可选的实施方式，所述处理器对所述三维虚拟数字沙盘模型进行参数添加处理以得到所述三维逼真模型具体包括：

所述处理器将所述地物信息、气候信息以及社会角色添加至所述三维虚拟数字沙盘模型以得到所述三维逼真模型。

作为一种可选的实施方式，所述地物信息包括植被、河流以及建筑物，所述气候信息包括降雨、下雪以及日照，所述社会角色包括人物和动物。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于增强现实的三维数字沙盘推演***，包括显示终端。其中，所述显示终端包括：

接收模块，用于接收用户的第一操作以打开沙盘推演应用程序；

第一采集模块，用于在所述沙盘推演应用程序内采集当前实际环境图片；

提取模块，用于对所述当前实际环境图片进行特征提取以获取目标特征点；

匹配模块，用于根据预设的数据库对所述目标特征点进行匹配处理，以得到目标位置，所述目标位置为增强现实沙盘模型中的任一位置，所述数据库包括特征点与所述增强现实沙盘模型中的位置的对应关系，且所述增强现实沙盘模型中的每一位置对应一虚拟场景；

显示模块，用于根据所述目标位置获取并显示目标虚拟场景；

所述接收模块还用于接收用户对所述目标虚拟场景的第二操作，所述第二操作包括移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成。

作为一种可选的实施方式，所述推演***还包括处理器，所述处理器包括：

第二采集模块，用于采集多个实际场景信息；

构建模块，用于根据多个所述实际场景信息构建三维虚拟数字沙盘模型，所述三维虚拟数字沙盘模型包括地形信息；

添加模块，用于对所述三维虚拟数字沙盘模型进行参数添加处理以得到三维逼真模型，所述三维逼真模型包括地物信息、气候信息以及社会角色；

生成模块，用于根据所述三维逼真模型生成所述沙盘推演应用程序。

作为一种可选的实施方式，所述生成模块具体用于：

对所述三维逼真模型中的社会角色进行运动规则添加处理，以得到增强现实沙盘模型；

通过所述显示终端扫描实际物体信息，并对所述实体物体信息进行特征提取以获取初始特征点，所述实际物体信息包括实物以及实物图片；

获取所述增强现实模型中的多个初始位置，并将所述初始特征点与初始位置进行一对一绑定；

保存所述初始特征点与初始位置的绑定关系，以生成所述沙盘推演应用程序。

作为一种可选的实施方式，所述添加模块具体用于：

将所述地物信息、气候信息以及社会角色添加至所述三维虚拟数字沙盘模型以得到所述三维逼真模型。

作为一种可选的实施方式，所述地物信息包括植被、河流以及建筑物，所述气候信息包括降雨、下雪以及日照，所述社会角色包括人物和动物；所述显示终端包括手机、平板电脑以及增强现实眼镜。

实施本发明实施例所提供的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法及其***，用户打开显示终端的沙盘推演应用程序，在该沙盘推演应用程序内，通过内置的图像采集设备采集当前实际环境图片，并基于该当前实际环境图片获取显示目标虚拟场景，从而增强了用户观看实际物体时的带入感。同时，用户可对目标虚拟场景执行移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成等操作，从而提升了互动效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明第一实施例提供的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法的示意流程图；

图2是本发明第二实施例提供的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法的示意流程图；

图3至图5是展示效果图；

图6是本发明第一实施例提供的基于增强现实的三维数字沙盘推演***的结构示意图；

图7是图6中显示终端的结构示意图；

图8是图6中处理器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

请参考图1，是本发明第一实施例所提供的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法的流程示意图，如图所示，该方法可以包括如下步骤：

S101，显示终端接收用户的第一操作以打开沙盘推演应用程序。

S102，在沙盘推演应用程序内，显示终端通过内置的图像采集设备采集当前实际环境图片。

S103，显示终端对当前实际环境图片进行特征提取以获取目标特征点。

S104，显示终端根据预设的数据库对目标特征点进行匹配处理，以得到目标位置。

其中，目标位置为增强现实沙盘模型中的任一位置，数据库包括特征点与增强现实沙盘模型中的位置的对应关系(包括一一对应、一对多对应、多对多对应)，该特征点指的是从实际物体图片中所提取出的，且增强现实沙盘模型中的每一位置对应一虚拟场景(一一对应)。

S105，显示终端根据目标位置获取并显示目标虚拟场景。

S106，显示终端接收用户对目标虚拟场景的第二操作。

具体地，用户对显示于显示终端上的目标虚拟场景可进行移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成等操作。

实施本发明实施例所提供的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法，用户打开显示终端的沙盘推演应用程序，在该沙盘推演应用程序内，通过内置的图像采集设备采集当前实际环境图片，并基于该当前实际环境图片获取显示目标虚拟场景，从而增强了用户观看实际物体时的带入感。同时，用户可对目标虚拟场景执行移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成等操作，从而提升了互动效果。

请参考图2，是本发明第二实施例所提供的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法的流程示意图，如图所示，该方法可以包括如下步骤：

S201，处理器采集多个实际场景信息。

该处理器可以是但不仅限于具备图片采集功能以及数据处理功能的任何设备。该处理器所采集的多个实际场景信息包括但不仅限于室内场景和室外场景，室外场景包括但不仅限于不同地理特征的场景，例如丘陵、平地以及河流等。

S202，处理器根据多个实际场景信息构建三维虚拟数字沙盘模型。

其中，所述三维虚拟数字沙盘模型包括地形信息。具体地，根据实际场景信息，对其进行特征点提取，确定出需要将增强现实沙盘进行叠加显示的具***置，并该对具***置进行绑定，保证沙盘显示与实际环境相贴合，从而实现三维虚拟数字沙盘模型的构建。需要说明的是，该具***置可以是一个平面。

S203，处理器对三维虚拟数字沙盘模型进行参数添加处理以得到三维逼真模型。

其中，三维逼真模型包括地物信息、气候信息以及社会角色。具体地，处理器将地物信息、气候信息以及社会角色添加至三维虚拟数字沙盘模型以得到所述三维逼真模型。地物信息包括但不仅限于植被、河流以及建筑物，气候信息包括但不仅限于降雨、下雪以及日照，社会角色包括但不仅限于人物和动物。

S204，处理器根据三维逼真模型生成沙盘推演应用程序。

具体地，步骤S204包括：

(1)处理器对三维逼真模型中的社会角色(人物和动物等)进行运动规则添加处理，以得到增强现实沙盘模型；该运动规则包括但不仅限于走、跑以及跳等；

(2)处理器通过显示终端扫描实际物体信息，并对实体物体信息进行特征提取以获取初始特征点；实际物体信息包括但不仅限于实物以及实物图片，例如包括桌面以及桌面图片；

(3)处理器获取增强现实沙盘模型中的多个初始位置，并将初始特征点与初始位置进行一对一绑定；例如初始特征点1对应于初始位置1；

(4)处理器保存初始特征点与初始位置的绑定关系，以生成沙盘推演应用程序。

S205，显示终端接收用户的第一操作以打开沙盘推演应用程序。

该显示终端可以包括但不仅限于手机、平板电脑以及增强现实眼镜。当显示终端是手机或平板电脑时，沙盘推演应用程序可以理解为安装于手机或电脑的一款APP，用户点击APP以打开该沙盘推演应用程序。当显示终端是增强现实眼镜时，沙盘推演应用程序可以理解为设置于增强现实眼镜内部的一个软件控制程序，增强现实眼镜上设置有该软件控制程序的操作按钮，用户按下该按钮以启动沙盘推演应用程序。

S206，在沙盘推演应用程序内，显示终端通过内置的图像采集设备采集当前实际环境图片。

打开沙盘推演应用程序后，显示终端可通过内置的图像采集设备(通常为摄像头)采集当前实际环境图片。该实际环境图片可以是桌面图片或者墙体图片等，但不仅限于此。

S207，显示终端对当前实际环境图片进行特征提取以获取目标特征点。

采集到实际环境图片后，显示终端采用特征提取算法对其进行特征提取以获取目标特征点。

特征提取是将采集到的环境图片转换成灰度图，获取环境中物体的轮廓边缘作为特征点。算法流程:是将一个图像(要检测的窗口抓图):1)转换成灰度图；2)采用Gamma校正的方法对输入图像进行颜色空间的标准化；3)计算每个象素的梯度，用于获取轮廓信息；4)将图像分割成小区域；5)统计每个区域的梯度直方图，形成每个区域的描述；6)将每几个区域组成一个组，一个组内对区域特征的描述综合起来便得到了这个组的描述；7)将图像内所有组的特征描述综合起来，剔除不连续特征点信息(杂质)，就得到了图像的轮廓特征描述,这个就是最终可供比对使用的特征向量。

S208，显示终端根据预设的数据库对目标特征点进行匹配处理，以得到目标位置。

其中，目标位置为增强现实沙盘模型中的任一位置，数据库包括特征点与增强现实沙盘模型中的位置的对应关系(包括一一对应、一对多对应、多对多对应)，该特征点指的是从实际物体图片中所提取出的，且增强现实沙盘模型中的每一位置对应一虚拟场景(一一对应)。举例来说，数据库中特征点、增强现实沙盘模型的位置以及虚拟场景的对应关系如下：特征点1对应于位置1，位置1对应于虚拟场景1；特征点1对应于位置1/2，位置1对应于虚拟场景1，位置2对应于虚拟场景2；特征点1/2对应于位置1。

若目标特征点为a，结合数据库匹配后得知目标特征点a与特征点1属于允许偏差范围内，因此，确定目标位置为特征点1对应的位置1。

S209，显示终端根据目标位置获取并显示目标虚拟场景。

具体地，结合数据库中位置与虚拟场景的对应关系，可以得知位置1对应的虚拟场景为1，即虚拟场景1为目标虚拟场景，并将其显示于显示终端上，如图3至图5所示。需要说明的是，图3至图5为渲染效果图，其必须存在一定的颜色及填充才能表达出效果。从图3至图5中可以看出，在任何背景下，实施上述步骤S201至S209均可显示出虚拟场景，且虚拟场景的显示效果也不会受到背景的影响。

S210，显示终端接收用户对目标虚拟场景的第二操作。

具体地，用户对显示于显示终端上的目标虚拟场景可进行移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成等操作，从而实现了基于增强现实的三维数字沙盘的推演，提升了用户与基于增强现实的三维数字沙盘之间的互动效果，并提升了乐趣。

实施本发明实施例所提供的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法，用户打开显示终端的沙盘推演应用程序，在该沙盘推演应用程序内，通过内置的图像采集设备采集当前实际环境图片，并基于该当前实际环境图片获取显示目标虚拟场景，从而增强了用户观看实际物体时的带入感。同时，用户可对目标虚拟场景执行移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成等操作，从而提升了互动效果。

请参考图6，是本发明第一实施例提供的基于增强现实的三维数字沙盘推演***的结构示意图，如图所示，该***包括进行数据交互的显示终端100及处理器200。显示终端100包括但不仅限于手机、平板电脑以及增强现实眼镜。

进一步地，请参考图7，显示终端100包括：

接收模块10，用于接收用户的第一操作以打开沙盘推演应用程序；

第一采集模块11，用于在所述沙盘推演应用程序内采集当前实际环境图片；

提取模块12，用于对所述当前实际环境图片进行特征提取以获取目标特征点；

匹配模块13，用于根据预设的数据库对所述目标特征点进行匹配处理，以得到目标位置，所述目标位置为增强现实沙盘模型中的任一位置，所述数据库包括特征点与所述增强现实沙盘模型中的位置的对应关系，且所述增强现实沙盘模型中的每一位置对应一虚拟场景；

显示模块14，用于根据所述目标位置获取并显示目标虚拟场景；

接收模块10还用于接收用户对所述目标虚拟场景的第二操作，所述第二操作包括移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成。

进一步地，请参考图8，处理器200包括：

第二采集模块20，用于采集多个实际场景信息；

构建模块21，用于根据多个所述实际场景信息构建三维虚拟数字沙盘模型，所述三维虚拟数字沙盘模型包括地形信息；

添加模块22，用于对所述三维虚拟数字沙盘模型进行参数添加处理以得到三维逼真模型，所述三维逼真模型包括地物信息、气候信息以及社会角色；地物信息包括植被、河流以及建筑物，所述气候信息包括降雨、下雪以及日照，所述社会角色包括人物和动物；

生成模块23，用于根据所述三维逼真模型生成所述沙盘推演应用程序。

进一步地，生成模块23具体用于：

对所述三维逼真模型中的社会角色进行运动规则添加处理，以得到增强现实沙盘模型；

通过所述显示终端扫描实际物体信息，并对所述实体物体信息进行特征提取以获取初始特征点，所述实际物体信息包括实物以及实物图片；

获取所述增强现实沙盘模型中的多个初始位置，并将所述初始特征点与初始位置进行一对一绑定；

保存所述初始特征点与初始位置的绑定关系，以生成所述沙盘推演应用程序。

进一步地，添加模块22具体用于：

将所述地物信息、气候信息以及社会角色添加至所述三维虚拟数字沙盘模型以得到所述三维逼真模型。

实施本发明实施例所提供的基于增强现实的三维数字沙盘推演***，用户打开显示终端的沙盘推演应用程序，在该沙盘推演应用程序内，通过内置的图像采集设备采集当前实际环境图片，并基于该当前实际环境图片获取显示目标虚拟场景，从而增强了用户观看实际物体时的带入感。同时，用户可对目标虚拟场景执行移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成等操作，从而提升了互动效果。

需要说明的是，本实施例中基于增强现实的三维数字沙盘推演***的具体工作流程请参考方法部分的描述，在此不再赘述。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种基于增强现实的三维数字沙盘推演方法，其特征在于，包括：

处理器采集多个实际场景信息；

所述处理器对多个所述实际场景信息进行特征点提取，确定出需要将增强现实沙盘进行叠加现实的具***置，并对该位置进行绑定，实现三维虚拟数字沙盘模型的构建；

所述处理器对所述三维虚拟数字沙盘模型进行参数添加处理以得到三维逼真模型；

所述处理器根据所述三维逼真模型生成沙盘推演应用程序；

显示终端接收用户的第一操作以打开所述沙盘推演应用程序；

在所述沙盘推演应用程序内，所述显示终端通过内置的图像采集设备采集当前实际环境图片；

所述显示终端对所述当前实际环境图片进行特征提取以获取目标特征点；特征提取是将采集到的环境图片转换成灰度图，获取环境中物体的轮廓边缘作为特征点；

所述显示终端根据预设的数据库对所述目标特征点进行匹配处理，以得到目标位置，所述目标位置为增强现实沙盘模型中的任一位置，所述数据库包括特征点与所述增强现实沙盘模型中的位置的对应关系，且所述增强现实沙盘模型中的每一位置对应一虚拟场景；

所述显示终端根据所述目标位置获取并显示目标虚拟场景；

所述显示终端接收用户对所述目标虚拟场景的第二操作，所述第二操作包括移动、缩放、升降、对角色进行行为设定并实时动态显示、对沙盘展示效果进行屏幕抓图或视频生成。

2.如权利要求1所述的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法，其特征在于，

所述三维虚拟数字沙盘模型包括地形信息；

所述三维逼真模型包括地物信息、气候信息以及社会角色。

3.如权利要求2所述的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法，其特征在于，所述处理器根据所述三维逼真模型生成所述沙盘推演应用程序具体包括：

所述处理器对所述三维逼真模型中的社会角色进行运动规则添加处理，以得到增强现实沙盘模型；

所述处理器通过所述显示终端扫描实际物体信息，并对所述实际物体信息进行特征提取以获取初始特征点，所述实际物体信息包括实物以及实物图片；

所述处理器获取所述增强现实沙盘模型中的多个初始位置，并将所述初始特征点与初始位置进行一对一绑定；

所述处理器保存所述初始特征点与初始位置的绑定关系，以生成所述沙盘推演应用程序。

4.如权利要求2或3所述的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法，其特征在于，所述处理器对所述三维虚拟数字沙盘模型进行参数添加处理以得到所述三维逼真模型具体包括：

所述处理器将所述地物信息、气候信息以及社会角色添加至所述三维虚拟数字沙盘模型以得到所述三维逼真模型。

5.如权利要求4所述的基于增强现实的三维数字沙盘推演方法，其特征在于，所述地物信息包括植被、河流以及建筑物，所述气候信息包括降雨、下雪以及日照，所述社会角色包括人物和动物。

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