CN108917758A

CN108917758A - 一种基于ar的导航方法及***

Info

Publication number: CN108917758A
Application number: CN201810156724.3A
Authority: CN
Inventors: 黄致尧; 刘鹏彧; 屈非凡; 白彩娟
Original assignee: PETRIFACTION CENTURY INFORMATION TECHNOLOGY Corp
Current assignee: PETRIFACTION CENTURY INFORMATION TECHNOLOGY Corp
Priority date: 2018-02-24
Filing date: 2018-02-24
Publication date: 2018-11-30
Anticipated expiration: 2038-02-24
Also published as: CN108917758B

Abstract

本发明公开了一种基于AR的导航方法及***，该方法包括：获取移动端的当前位置；选定目标位置，基于预定算法在移动端的当前位置与目标位置之间规划路径和行进方向；从设备数据库中获取当前位置的周围设备的坐标和工作信息；获取当前位置的周围环境图像，通过三维叠加方式在周围环境图像中叠加当前位置的周围设备的三维模型及对应的工作信息和行进方向。本发明可以将现实信息和虚拟信息叠加到同一画面中进行显示，以明确人员自身所处位置和方向。

Description

一种基于AR的导航方法及***

技术领域

本发明属于增强现实技术领域，具体地说，尤其涉及一种基于AR的导航方法及***。

背景技术

增强现实(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的技术，该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。该技术由1990年提出，随着随身电子产品运算能力的提升，预期增强现实的用途将会越来越广。

在现有技术中，导航功能通常在GIS中以二维地图的方式实现，不能以三维叠加的方式显示，人员无法直观的判断信息来源位置和行进方向。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于AR的导航方法及***，用于现实信息和虚拟信息叠加到同一画面中进行显示，以明确人员自身所处位置和方向。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于AR的导航方法，包括：

获取移动端的当前位置；

选定目标位置，基于预定算法在移动端的当前位置与目标位置之间规划路径和行进方向；

从设备数据库中获取当前位置的周围设备的坐标和工作信息；

获取当前位置的周围环境图像，通过三维叠加方式在所述周围环境图像中叠加当前位置的周围设备的三维模型及对应的工作信息和所述行进方向。

根据本发明的一个实施例，所述获取移动端的当前位置进一步包括：

获取布置在移动端当前位置周围的蓝牙定位模块发送的包括蓝牙定位模块定位信息的蓝牙信号；

根据接收的蓝牙信号的信号强度计算当前位置与发出蓝牙信号的蓝牙定位模块的距离；

根据接收的蓝牙信号中的定位信息和当前位置与发出蓝牙信号的蓝牙定位模块的距离，基于三角定位原理确定当前位置坐标。

根据本发明的一个实施例，基于预定算法在当前位置与目标位置之间规划路径和行进方向进一步包括：

选定目标位置，基于预定算法获取当前位置与目标位置之间的规划路径；

选定路径，根据选定路径计算当前位置所在节点与选定路径下一节点之间的方位角；

判断移动端的当前姿态，通过移动端的当前姿态和当前位置与下一节点的方位角确定行进方向。

根据本发明的一个实施例，获取当前位置的周围环境图像，通过三维叠加方式在所述周围环境图像中叠加当前位置的周围设备的三维模型及对应的工作信息和所述行进方向，进一步包括：

获取移动端当前位置的周围环境图像；

将在第一坐标系下的当前位置的周围设备的坐标转换为周围环境图像所在的第二坐标系下的坐标；

在周围设备对应第二坐标系下的坐标处，利用三维引擎绘制并叠加显示相应的设备三维模型；

在叠加显示当前位置处的设备三维模型处，叠加显示从设备数据库中获取的相应设备的工作信息；

在所述周围环境图像中的当前位置处沿所述行进方向，利用三维引擎绘制指引箭头并将该指引箭头叠加在周围环境图像中来指明行进方向。

根据本发明的一个实施例，在从设备数据库中获取所述当前位置周围设备的相关信息之前，还包括：

采集预定范围内所有设备的坐标信息以及设备相关信息，并存储在所述设备数据库中。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于AR的导航***，包括：

位置获取模块，其配置为获取移动端的当前位置；

路径规划模块，其配置为选定目标位置，基于预定算法在移动端的当前位置与目标位置之间规划路径和行进方向；

设备信息获取模块，其配置为从设备数据库中获取当前位置的周围设备的坐标和工作信息；

信息叠加模块，其配置为获取当前位置的周围环境图像，通过三维叠加方式在所述周围环境图像中叠加当前位置的周围设备的三维模型及对应的工作信息和所述行进方向。

根据本发明的一个实施例，所述位置获取模块进一步包括：

蓝牙信号获取单元，其配置为获取布置在移动端当前位置周围的蓝牙定位模块发送的包括蓝牙定位模块定位信息的蓝牙信号；

距离计算单元，其配置为根据接收的蓝牙信号的信号强度计算当前位置与发出蓝牙信号的蓝牙定位模块的距离；

当前位置计算单元，其配置为根据接收的蓝牙信号中的定位信息和当前位置与发出蓝牙信号的蓝牙定位模块的距离，基于三角定位原理确定当前位置坐标。

根据本发明的一个实施例，所述路径规划模块进一步包括：

路径规划单元，其配置为选定目标位置，基于预定算法获取当前位置与目标位置之间的规划路径；

方位角计算单元，其配置为选定路径，根据选定路径计算当前位置所在节点与选定路径下一节点之间的方位角；

行进方向确定单元，其配置为判断移动端的当前姿态，通过移动端的当前姿态和当前位置与下一节点的方位角确定行进方向。

根据本发明的一个实施例，所述信息叠加模块进一步包括：

环境图像获取单元，其配置为获取移动端当前位置的周围环境图像；

坐标转换单元，其配置为将在第一坐标系下的当前位置的周围设备的坐标转换为周围环境图像所在的第二坐标系下的坐标；

三维模型绘制单元，其配置为在周围设备对应第二坐标系下的坐标处，利用三维引擎绘制并叠加显示相应的设备三维模型；

工作信息获取单元，其配置为在叠加显示当前位置处的设备三维模型处，叠加显示从设备数据库中获取的相应设备的工作信息；

行进方向绘制单元，其配置为在所述周围环境图像中的当前位置处沿所述行进方向，利用三维引擎绘制指引箭头并将该指引箭头叠加在周围环境图像中来指明行进方向。

根据本发明的一个实施例，还包括信息采集模块，其配置为采集预定范围内所有设备的坐标信息以及设备相关信息，并存储在所述设备数据库中。

本发明中的有益效果：

在本发明中，将现实信息和虚拟信息叠加到同一画面中进行显示，可以明确人员自身所处位置和方向，还可以对辅助行动路线用符合透视规律的三维叠加方式进行标绘，由此对行动路线进行辅助规划。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的基于AR的导航方法流程图；

图2是根据本发明的一个实施例的基于AR的导航***结构图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

针对现有技术中导航功能通常在GIS中以二维地图的方式实现，不能以三维叠加的方式显示，相关人员无法直观的判断信息来源位置和行进方向，本发明提供了一种基于AR的导航方法和***，可以在厂区内明确人员自身所处位置和方向，还可以对辅助行动路线用符合透视规律的三维叠加方式进行标绘，由此对行动路线进行辅助规划。

第一实施例

根据本发明的一个方面，提供了一种基于AR的导航方法，如图1所示为根据本发明的一个实施例的一种基于AR的导航方法流程图，以下参考图1来对本方法进行详细说明。

首先，在步骤S110中，获取移动端的当前位置。在本发明中，以蓝牙定位方式对移动端进行定位为例、移动端以具有信号收发处理和图像采集显示装置(如手机等)为例进行说明。

获取移动端的当前位置具体包括如下的几个步骤。首先，在进行导航的厂区内密集部署蓝牙定位模块，利用蓝牙定位模块来对移动端进行定位。具体的，蓝牙定位模块的部署方式为按半径10米的圆形区域内按内接等边三角形顶点部署，所有蓝牙点构成有序阵列。蓝牙定位模块成本很低，一般电池寿命为半年，且可更换，可以满足大规模部署需求。

接着，获取布置在移动端的当前位置周围蓝牙定位模块发送的包括对应蓝牙定位模块定位信息的蓝牙信号。具体的，各蓝牙定位模块内部预先存储有自身标识信息及各自坐标信息，并按预定周期发出包括自身标识和坐标信息的蓝牙信号。蓝牙定位模块周围的移动端接收到该蓝牙信号，通过对蓝牙信号解析可以获得各蓝牙定位模块的定位信息。

接着，根据接收的蓝牙信号的信号强度计算当前位置与发出蓝牙信号的对应蓝牙定位模块的距离。具体的，根据接收的信号功率强度和信号传播距离关系，可以计算当前位置与发出蓝牙信号的对应蓝牙定位模块的距离。

最后，根据接收的蓝牙信号中的坐标信息和当前位置与发出蓝牙信号的对应蓝牙定位模块的距离，基于三角定位原理确定当前位置坐标。具体的，移动端接收多个蓝牙定位模块发送的蓝牙信号，并从中筛选出三个蓝牙定位模块，根据这三个蓝牙定位模块的坐标信息和三个蓝牙定位模块与移动端的距离，可以计算得到移动端当前位置的坐标。

由于在厂区等封闭或半封闭空间内，无法接收GPS、北斗卫星等信号或在接收过程中有多路径效应等影响，造成定位结果存在较大误差，在厂区内部利用蓝牙信号进行定位可以大大减小定位误差。

然后，在步骤S120中，选定目标位置，基于预定算法在移动端的当前位置与目标位置之间规划路径和行进方向。

该步骤具体包括以下几个步骤。首先，选定目标位置，基于预定算法获取当前位置与目标位置之间的规划路径。具体的，以当前位置为基准，选定目标位置，利用Djkstra等算法实现路径规划。

接着，选定路径，根据选定路径计算当前位置所在节点与选定路径下一节点之间的方位角。方位角又称地平经度，是在平面上量度物体之间的角度差的方法之一，是从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。由于在实际场景中，由当前位置到目标位置之间路径为不在同一直线上的多个路段的集合，由上一路段(上一节点)转入下一路段(下一节点)时具有一定的方位角。

接着，判断移动端的当前姿态，通过移动端的当前姿态和当前位置与下一节点的方位角确定前进方向。具体的，可以利用移动端自身携带的电子陀螺仪判断移动端的当前姿态，当前姿态包括相对坐标系x、y、z、俯仰角、旋转角、翻滚角六个参数。利用移动端的当前姿态和当前位置与下一节点的方位角，可以确定移动端的移动方向。

在步骤S130中，从设备数据库中获取当前位置的周围设备的坐标和工作信息。

具体的，设备数据库中存储有厂区内各设备的坐标和各设备的属性、状态等相关工作信息。因此，在从设备数据库中获取当前位置周围设备的相关信息之前，还包括采集预定范围内所有设备的坐标以及设备相关信息，并存储在设备数据库中。在需要某设备的坐标和相关信息时，可以直接在设备数据库中进行查询。

最后，在步骤S140中，获取当前位置的周围环境图像，通过三维叠加方式在周围环境图像中叠加当前位置的周围设备的三维模型及对应的工作信息和行进方向。

该步骤具体包括以下几个步骤。首先，获取移动端当前位置的周围环境图像。具体的，可以通过移动端自带的摄像头来采集当前位置的周围环境图像，也可以通过其他图像采集装置来获取当前位置的周围环境图像。

接着，将在第一坐标系下的当前位置的周围设备的坐标转换为周围环境图像所在的第二坐标系下的坐标。具体的，当前位置的坐标是通过蓝牙定位模块计算得到，蓝牙定位模块存储的自身坐标通常是基于大地坐标系(第一坐标系)下的坐标，所以，计算得到的当前位置的坐标也为大地坐标系下的坐标(三维引擎通常采用的坐标系)。但是，通过摄像头采集到的周围环境图像，其采用的坐标系不同于大地坐标系，环境图像所在的坐标系为摄像头自身的相机坐标系(第二坐标系)。因此，需根据这两个坐标系之间的转换关系，将当前位置的周围设备的坐标转换为周围环境图像所在坐标系下的坐标，这样可以将当前位置的周围设备在周围环境图像所在坐标系下正确显示。

接着，在周围设备对应第二坐标系下的坐标处，利用三维引擎绘制并叠加显示相应设备的三维模型。具体的，在周围设备在第二坐标系下的坐标处，利用三维引擎绘制对应设备的三维模型，然后将该三维模型在第二坐标系下的坐标处进行叠加显示。这样，就可以在周围环境图像中显示当前位置附近的设备。

接着，在叠加显示当前位置处的设备三维模型处，叠加显示从设备数据库中获取的相应设备的工作信息。具体的，获取相应设备的工作信息，并叠加在显示对应设备的三维模型处。

最后，在周围环境图像中的当前位置处沿行进方向，利用三维引擎绘制指引箭头并将该指引箭头叠加在周围环境图像中来指明行进方向。具体的，可以在周围环境图像中，利用三维引擎绘制一个标志行进方向的箭头，该箭头的指向指明了行进方向。当然，也可以将整个规划路线显示在周围环境图像中，本发明不限于此。

在本发明中，将现实信息(移动端的当前位置、周围环境图像)和虚拟信息(设备坐标和工作信息)叠加到同一画面中进行显示，可以明确人员自身所处位置和方向，还可以对辅助行动路线用符合透视规律的三维叠加方式进行标绘，由此对行动路线进行辅助规划。

第二实施例

根据本发明的另一方面，还提供了一种基于AR的导航***，如图2所示为根据本发明的一个实施例的一种基于AR的导航***结构图，以下参考图2来对本发明进行详细说明。

该基于AR的导航***，包括位置获取模块、路径规划模块、设备信息获取模块和信息叠加模块。其中，位置获取模块配置为获取移动端的当前位置。路径规划模块配置为选定目标位置，基于预定算法在移动端的当前位置与目标位置之间规划路径和行进方向。设备信息获取模块配置为从设备数据库中获取当前位置的周围设备的坐标和工作信息。信息叠加模块配置为获取当前位置的周围环境图像，通过三维叠加方式在周围环境图像中叠加当前位置的周围设备的三维模型及对应的工作信息和所述行进方向。

在本发明的一个实施例中，该位置获取模块进一步包括蓝牙信号获取单元、距离计算单元和当前位置计算单元。其中，蓝牙信号获取单元配置为获取布置在移动端当前位置周围的蓝牙定位模块发送的包括蓝牙定位模块定位信息的蓝牙信号。距离计算单元配置为根据接收的蓝牙信号的信号强度计算当前位置与发出蓝牙信号的蓝牙定位模块的距离。当前位置计算单元配置为根据接收的蓝牙信号中的定位信息和当前位置与发出蓝牙信号的蓝牙定位模块的距离，基于三角定位原理确定当前位置坐标。

在进行导航的厂区内密集部署蓝牙定位模块，利用蓝牙定位模块来对移动端进行定位。具体的，蓝牙定位模块的部署方式为按半径10米的圆形区域内按内接等边三角形顶点部署，所有蓝牙点构成有序阵列。蓝牙定位模块成本很低，一般电池寿命为半年，且可更换，可以满足大规模部署需求。

接着，蓝牙信号获取单元获取布置在移动端的当前位置周围蓝牙定位模块发送的包括对应蓝牙定位模块定位信息的蓝牙信号。具体的，各蓝牙定位模块内部预先存储有自身标识信息及各自坐标信息，并按预定周期发出包括自身标识和坐标信息的蓝牙信号。蓝牙定位模块周围的移动端接收到该蓝牙信号，通过对蓝牙信号解析可以获得各蓝牙定位模块的定位信息。

接着，距离计算单元根据接收的蓝牙信号的信号强度计算当前位置与发出蓝牙信号的对应蓝牙定位模块的距离。具体的，根据接收的信号功率强度和信号传播距离关系，可以计算当前位置与发出蓝牙信号的对应蓝牙定位模块的距离。

最后，当前位置计算单元根据接收的蓝牙信号中的坐标信息和当前位置与发出蓝牙信号的对应蓝牙定位模块的距离，基于三角定位原理确定当前位置坐标。具体的，移动端接收多个蓝牙定位模块发送的蓝牙信号，并从中筛选出三个蓝牙定位模块，根据这三个蓝牙定位模块的坐标信息和三个蓝牙定位模块与移动端的距离，可以计算得到移动端当前位置的坐标。

由于在厂区等封闭或半封闭空间内，无法接收GPS、北斗卫星等信号或在接收过程中有多路径效应等影响，造成定位结果存在较大误差，在厂区内部利用蓝牙信号进行定位可以大大减小定位误差

在本发明的一个实施例中，该路径规划模块进一步包括路径规划单元、方位角计算单元和行进方向确定单元。其中，路径规划单元配置为选定目标位置，基于预定算法获取当前位置与目标位置之间的规划路径。方位角计算单元配置为选定路径，根据选定路径解算当前位置所在节点与选定路径下一节点之间的方位角。行进方向确定单元配置为判断移动端的当前姿态，通过移动端的当前姿态和当前位置与下一节点的方位角确定行进方向。

具体的，首先路径规划单元选定目标位置，基于预定算法获取当前位置与目标位置之间的规划路径。具体的，以当前位置为基准，选定目标位置，利用Djkstra等算法实现路径规划。

接着，方位角计算单元选定路径，根据选定路径计算当前位置所在节点与选定路径下一节点之间的方位角。方位角又称地平经度，是在平面上量度物体之间的角度差的方法之一，是从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。由于在实际场景中，由当前位置到目标位置之间路径为不在同一直线上的多个路段的集合，由上一路段(上一节点)转入下一路段(下一节点)时具有一定的方位角。

最后，行进方向确定单元判断移动端的当前姿态，通过移动端的当前姿态和当前位置与下一节点的方位角确定前进方向。具体的，可以利用移动端自身携带的电子陀螺仪判断移动端的当前姿态，当前姿态包括相对坐标系x、y、z、俯仰角、旋转角、翻滚角六个参数。利用移动端的当前姿态和当前位置与下一节点的方位角，可以确定移动端的移动方向。

在本发明的一个实施例中，该信息叠加模块进一步包括环境图像获取单元、坐标转换单元、三维模型绘制单元、工作信息获取单元和行进方向绘制单元。其中，环境图像获取单元配置为获取移动端当前位置的周围环境图像。坐标转换单元配置为将在第一坐标系下的当前位置的周围设备的坐标转换为周围环境图像所在的第二坐标系下的坐标。三维模型绘制单元配置为在周围设备对应第二坐标系下的坐标处，利用三维引擎绘制并叠加显示相应的设备三维模型。工作信息获取单元配置为在叠加显示当前位置处的设备三维模型处，叠加显示从设备数据库中获取的相应设备的工作信息。行进方向绘制单元配置为在周围环境图像中的当前位置处沿所述行进方向，利用三维引擎绘制指引箭头并将该指引箭头叠加在周围环境图像中来指明行进方向。

具体的，首先，环境图像获取单元获取移动端当前位置的周围环境图像。具体的，可以通过移动端自带的摄像头来采集当前位置的周围环境图像，也可以通过其他图像采集装置来获取当前位置的周围环境图像。

接着，坐标转换单元将在第一坐标系下的当前位置的周围设备的坐标转换为周围环境图像所在的第二坐标系下的坐标。具体的，当前位置的坐标是通过蓝牙定位模块计算得到，蓝牙定位模块存储的自身坐标通常是基于大地坐标系(第一坐标系)下的坐标，所以，计算得到的当前位置的坐标也为大地坐标系下的坐标(三维引擎通常采用的坐标系)。但是，通过摄像头采集到的周围环境图像，其采用的坐标系不同于大地坐标系，环境图像所在的坐标系为摄像头自身的相机坐标系(第二坐标系)。因此，需根据这两个坐标系之间的转换关系，将当前位置的周围设备的坐标转换为周围环境图像所在坐标系下的坐标，这样可以将当前位置的周围设备在周围环境图像所在坐标系下正确显示。

接着，三维模型绘制单元在周围设备对应第二坐标系下的坐标处，利用三维引擎绘制并叠加显示相应设备的三维模型。具体的，在周围设备在第二坐标系下的坐标处，利用三维引擎绘制对应设备的三维模型，然后将该三维模型在第二坐标系下的坐标处进行叠加显示。这样，就可以在周围环境图像中显示当前位置附近的设备。

接着，工作信息获取单元在叠加显示当前位置处的设备三维模型处，叠加显示从设备数据库中获取的相应设备的工作信息。具体的，获取相应设备的工作信息，并叠加在显示对应设备的三维模型处。

最后，行进方向绘制单元在周围环境图像中的当前位置处沿行进方向，利用三维引擎绘制指引箭头并叠加在周围环境图像中来指明行进方向。具体的，可以在周围环境图像中，利用三维引擎绘制一个标志行进方向的箭头，该箭头的指向指明了行进方向。当然，也可以将整个规划路线显示在周围环境图像中，本发明不限于此。

在本发明的一个实施例中，该***还包括信息采集模块，其配置为采集预定范围内所有设备的坐标信息以及设备相关信息，并存储在设备数据库中。

本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种基于AR的导航方法，包括：

获取移动端的当前位置；

2.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于，所述获取移动端的当前位置进一步包括：

3.根据权利要求1或2所述的导航方法，其特征在于，基于预定算法在当前位置与目标位置之间规划路径和行进方向进一步包括：

4.根据权利要求3所述的导航方法，其特征在于，获取当前位置的周围环境图像，通过三维叠加方式在所述周围环境图像中叠加当前位置的周围设备的三维模型及对应的工作信息和所述行进方向，进一步包括：

获取移动端当前位置的周围环境图像；

5.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于，在从设备数据库中获取所述当前位置周围设备的相关信息之前，还包括：

6.一种基于AR的导航***，包括：

位置获取模块，其配置为获取移动端的当前位置；

7.根据权利要求6所述的导航***，其特征在于，所述位置获取模块进一步包括：

8.根据权利要求6或7所述的导航***，其特征在于，所述路径规划模块进一步包括：

9.根据权利要求8所述的导航***，其特征在于，所述信息叠加模块进一步包括：

10.根据权利要求6所述的导航***，其特征在于，还包括信息采集模块，其配置为采集预定范围内所有设备的坐标信息以及设备相关信息，并存储在所述设备数据库中。