CN112146656A - 一种基于增强现实的室内导航可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于可视化技术领域，公开了一种基于增强现实的室内导航可视化方法，包括根据导航目标信息获取位于目标点第一范围内的室内POI信息；根据移动端的传感器信息、移动端的位置信息对所述室内POI信息进行筛选，得到第一POI信息；获取移动端的设备基本信息，实时获取移动端的传感器信息，并结合移动端的设备基本信息实时更新POI屏幕坐标信息；根据移动端的位置信息、导航目标信息，获得导航道路信息，并实时计算获得指引箭头的旋转角度；实时渲染所述指引箭头及POI屏幕坐标信息。本发明通过将室内导航数据可视化，将虚拟导航信息叠加到真实场景视频流上，实现虚实结合的室内导航效果，使得导航信息更加明确直观。

Description

一种基于增强现实的室内导航可视化方法

技术领域

本发明涉及可视化技术领域，尤其涉及一种基于增强现实的室内导航可视化方法。

背景技术

随着基于用户位置信息相关技术的应用和发展，位置服务逐渐从宏观向微观发展。目前，全球定位***(GPS)在室外定位和导航中发展日益成熟，基本满足人们室外出行的需求。由于建筑物的遮挡以及多路径效应的存在，GPS在室内环境下会发生反射、折射和散射等现象，无法提供准确的室内位置信息。然而室内环境随着社会的发展变得越来越复杂，并且百分之八十的人类活动都发生在室内。

传统的导航***大多为室外导航***，有部分导航***包含了室内导航功能。但是这些室内导航模块在地图表达上侧重二维平面的可视化表达，在功能上也无法提供准确的室内定位和导航服务，对用户寻路的帮助十分有限。在室内复杂的环境，比如购物中心、会展中心、图书馆、仓库、地下停车场等大型建筑物的内部，室内结构相似，矢量化的导航地图提供的信息不够明确，仍然需要用户在室内分辨方向，寻找路径，这对没有方向感的用户来说是一件十分困难的事情。因此，如何将室内导航的信息尽可能直观准确地表达出来，实现室内导航可视化，是亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种基于增强现实的室内导航可视化方法。

本发明提供一种基于增强现实的室内导航可视化方法，包括以下步骤：

步骤1、根据导航目标信息获取位于目标点第一范围内的室内POI信息；

步骤2、根据移动端的传感器信息、所述移动端的位置信息，对所述室内POI信息进行筛选，得到第一POI信息，所述第一POI信息为在所述移动端视角范围内的POI信息；

步骤3、获取所述移动端的设备基本信息，实时获取所述移动端的传感器信息，并结合所述移动端的设备基本信息，实时更新POI屏幕坐标信息；所述POI屏幕坐标信息为所述第一POI信息叠加到所述移动端获取的真实视频流场景上得到的屏幕映射坐标信息；

步骤4、根据所述移动端的位置信息、所述导航目标信息，获得导航道路信息，并实时计算获得指引箭头的旋转角度；

步骤5、实时渲染所述指引箭头及所述POI屏幕坐标信息。

优选的，所述步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1、将所述移动端的当前位置信息存储为第一Object对象，所述第一Object对象包含x坐标值和y坐标值；将所述室内POI信息中的各POI分别存储为第二Object对象，所述第二Object对象中包含了该POI的x坐标值、y坐标值、到所述移动端的当前坐标的距离、到所述移动端的当前位置的方向角；

步骤2.2、获取所述移动端的陀螺仪角度θ和所述移动端的摄像头视场角α，针对各POI，若满足预设条件则保存该POI的数据至可视数组，并构成所述第一POI信息；所述预设条件为：

其中，θ_i为室内POI信息中第i个POI到移动端的当前坐标的方向角，d_i为第i个POI到移动端的当前位置的距离，

为距离阈值。

优选的，所述步骤3包括以下子步骤：

步骤3.1、获得所述移动端的设备基本信息，所述设备基本信息包括屏幕像素宽度W、屏幕像素高度H、移动端的初始陀螺仪角度ω；

步骤3.2、根据实时获得的传感器信息，结合所述设备基本信息，计算所述第一POI信息中的各POI的初始屏幕坐标，采用如下公式：

其中，x_i为第一POI信息中第i个POI的初始x坐标，y_i为第一POI信息中第i个POI的初始y坐标；

步骤3.3、当所述移动端的陀螺仪的角度不超过所述移动端的摄像头视场角α时，根据当前所述移动端的陀螺仪的角度，更新POI的屏幕坐标，更新采用如下公式：

其中，x_i′为更新后的第i个POI的初始x坐标，θ为移动端的陀螺仪角度，θ_i为室内POI信息中第i个POI到移动端的当前坐标的方向角；

当所述移动端的陀螺仪的角度超过所述移动端的摄像头视场角α，或者当所述移动端的位置移动超过预设的移动阈值时，则返回至步骤3.2。

优选的，所述步骤4中，获得所述导航道路信息后，判断所述移动端是否在导航道路上移动；

如果在，则根据当前道路方向和所述移动端的陀螺仪的角度计算指引箭头的旋转角度；如果不在，则根据所述移动端的当前位置与最近道路形成的垂直线段的方向角、所述移动端的陀螺仪的角度计算指引箭头的旋转角度。

优选的，所述步骤5包括以下子步骤：

步骤5.1、计算所述POI屏幕坐标信息中的每个POI到所述移动端的当前位置的距离，并根据最大距离和最小距离得到所述POI屏幕坐标信息中最远和最近POI距离差值R，采用如下公式：

其中，d_i表示第i个POI到移动端的当前位置的距离，R表示POI屏幕坐标信息中最远POI与最近POI到移动端当前位置的距离差值；

步骤5.2、计算所述POI屏幕坐标信息中的每个POI的y坐标，采用如下公式：

其中，h表示界面上显示POI区域的下边界高度，H表示POI显示区域的像素高度；

步骤5.3、根据步骤5.2中计算得到的所述POI屏幕坐标信息中每个POI的y坐标及步骤3.3中计算得到的更新后的第i个POI的初始x坐标对所述POI屏幕坐标信息进行实时可视化渲染，对标签遮盖问题进行优化；

步骤5.4、计算所述移动端的当前位置到所述导航道路信息中各个道路拐点的距离，找到距离所述移动端的当前位置最近的一条道路r₁，计算所述移动端的当前位置到道路r₁的方向角α₃；

步骤5.5、如果方向角α₃为0，则判断所述移动端在导航道路上移动，通过指引箭头指引正确道路方向采用如下公式：

α＝α₁-α₂

其中，α为指引箭头的转动角度，α₁为正确道路方向，α₂为移动端当前方向；

步骤5.6、如果方向角α₃不为0，则判断所述移动端偏离导航道路，通过指引箭头指向正确道路方向采用如下公式：

α＝α₃-α₂

其中，α为指引箭头的转动角度，指引箭头应指向移动端的当前位置与最近道路所形成的垂直线段的方向。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在发明中，提供的基于增强现实的室内导航可视化方法首先根据导航目标信息获取位于目标点第一范围内的室内POI信息；根据移动端的传感器信息、移动端的位置信息，对室内POI信息进行筛选，得到第一POI信息，第一POI信息为在移动端视角范围内的POI信息；然后，获取移动端的设备基本信息，实时获取移动端的传感器信息，并结合移动端的设备基本信息，实时更新POI屏幕坐标信息；POI屏幕坐标信息第一POI信息叠加到移动端获取的真实视频流场景上得到的屏幕映射坐标信息；接着，根据移动端的位置信息、导航目标信息，获得导航道路信息，并实时计算获得指引箭头的旋转角度；最后，实时渲染所述指引箭头及POI屏幕坐标信息。本发明获得移动端(例如手机)摄像头视频流数据，获取POI数据，获得手机传感器及位置信息，筛选POI数据，计算POI屏幕映射坐标，根据起点和终点获得导航数据，根据室内定位轨迹计算指引箭头旋转角度，实时渲染指引箭头及POI标签。通过屏幕坐标转换方法将POI标签的真实坐标转换成手机屏幕坐标，实现POI标签的实时渲染，通过将室内导航数据可视化，将虚拟导航信息叠加到真实场景视频流上，实现虚实结合的室内导航效果。本发明适用于利用增强现实技术进行室内导航，能够使得导航信息更加明确直观，方便用户的了解，为用户提供一个更好的导航体验。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于增强现实的室内导航可视化方法的框架示意图；

图2为本发明提供的一种基于增强现实的室内导航可视化方法的详细流程图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明的技术方案的主要思想是：改变传统地图二维矢量可视化表达，为了帮助用户更加清晰明确的找到室内道路，采用基于增强现实的方法进行室内导航的可视化，通过获取真实视频流数据构建真实室内场景，叠加POI数据及室内导航数据，实现虚实结合的可视化效果，将室内导航信息更加直白准确的表达出来，丰富实时导航的可视化效果，给用户带来更加人性化、更加准确的导航体验。

本实施例提供了一种基于增强现实的室内导航可视化方法，参见图1、图2，包括以下步骤：

步骤1、根据导航目标信息获取位于目标点第一范围内的室内POI信息。

具体的，从服务器端获取室内POI数据。

步骤2、根据移动端的传感器信息、移动端的位置信息，对室内POI信息进行筛选，得到第一POI信息，第一POI信息为在移动端视角范围内的POI信息。

根据移动端传感器数据进行POI数据的筛选，筛选出在用户视角范围内的POI数据。

具体的，步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1、将移动端的当前位置信息存储为第一Object对象，第一Object对象包含x坐标值和y坐标值；将室内POI信息中的各POI点存储为第二Object对象，第二Object对象中包含了该POI的x坐标值、y坐标值、到移动端的当前坐标的距离以及到移动端的当前位置的方向角。

步骤2.2、获取移动端的陀螺仪角度θ和移动端(例如手机)摄像头视场角α，针对各POI，若满足预设条件则保存该POI的数据至可视数组，并构成第一POI信息；预设条件为：

即，若满足预设条件，则认为该POI会出现在视线范围内，将该POI数据保存在可视数组中。

其中，θ_i为室内POI信息中第i个POI到移动端的当前坐标的方向角，d_i为第i个POI到移动端的当前位置的距离，

为距离阈值。

步骤3、获取移动端的设备基本信息，实时获取移动端的传感器信息，并结合移动端的设备基本信息，实时更新POI屏幕坐标信息；POI屏幕坐标信息为第一POI信息叠加到移动端获取的真实视频流场景上得到的屏幕映射坐标信息。

结合移动端硬件设备的基本参数以及室内定位轨迹坐标，计算POI经纬度坐标的屏幕映射坐标，获得各POI的初始屏幕坐标。实时获取移动端传感器数据以及室内定位轨迹，实时更新POI的屏幕坐标。

具体的，步骤3包括以下子步骤：

步骤3.1、获得移动端的设备基本信息，设备基本信息包括屏幕像素宽度W、屏幕像素高度H，***打开时移动端的初始陀螺仪角度ω。

步骤3.2、根据实时获得的传感器数据，结合设备基本信息，计算第一POI信息中的各POI的初始屏幕坐标，如下列公式所示：

即POI的初始y坐标为手机像素高度的一半。

其中，x_i为第一POI信息中第i个POI的初始x坐标，y_i为第一POI信息中第i个POI的初始y坐标。

步骤3.3、当移动端的陀螺仪的角度(转动)不超过移动端的摄像头视场角的时候，POI随着移动端的陀螺仪的角度的变化而左右滑动。根据当前移动端的陀螺仪的角度，更新POI的屏幕坐标(即获得当前移动端陀螺仪角度，计算滑动后的POI屏幕坐标)，更新采用如下公式：

其中，x_i′为更新后的第i个POI的初始x坐标，θ为移动端的陀螺仪角度，θ_i为室内POI信息中第i个POI到移动端的当前坐标的方向角。

当移动端的陀螺仪的角度超过移动端的摄像头视场角或者移动端的位置移动超过一定阈值时，需要重新计算POI到用户的欧氏距离和方向角，返回至步骤3.2。

步骤4、根据移动端的位置信息、导航目标信息，获得导航道路信息，并实时计算获得指引箭头的旋转角度。

根据导航的起点和终点，计算当前导航数据，根据室内定位坐标，找到与用户位置最近的道路；判断用户是否在导航道路上行走，如果在，根据当前道路方向和移动端的陀螺仪的角度计算指引箭头旋转角度；如果不在，根据移动端的当前位置(即定位点)与最近道路形成的垂直线段的方向角、移动端的陀螺仪的角度计算指引箭头旋转角度。

步骤5、实时渲染指引箭头及POI屏幕坐标信息。

具体的，步骤5包括以下子步骤：

步骤5.1、计算所述POI屏幕坐标信息中的每个POI到所述移动端的当前位置的距离，并根据最大距离和最小距离得到所述POI屏幕坐标信息中最远和最近POI距离差值R，采用如下公式：

其中，d_i表示第i个POI到移动端的当前位置的距离，R表示POI屏幕坐标信息中最远POI与最近POI到移动端当前位置的距离差值。

步骤5.2、计算所述POI屏幕坐标信息中的每个POI的y坐标，采用如下公式：

其中，h表示界面上显示POI区域的下边界高度，H表示POI显示区域的像素高度。

步骤5.3、根据步骤5.2中计算得到的所述POI屏幕坐标信息中每个POI的y坐标及步骤3.3中计算得到的更新后的第i个POI的初始x坐标对所述POI屏幕坐标信息进行实时可视化渲染，对标签遮盖问题进行优化。

步骤5.4、计算移动端的当前位置(即当前定位点坐标)到导航道路信息中各个道路拐点(即各个导航触发点)的距离，找到距离移动端的当前位置最近的一条道路r₁。计算移动端的当前位置到道路r₁的方向角α₃。

步骤5.5、如果方向角α₃为0，则判断所述移动端在导航道路上移动(即用户在导航路上行走)，此时仅需指引正确道路方向α₁。由于指引箭头的初始角度与移动端的方向α₂一致，因此，指引箭头仅需转动一定的角度α，指向道路前进方向。通过指引箭头指引正确道路方向采用如下公式：

α＝α₁-α₂

其中，α为指引箭头的转动角度，α₁为正确道路方向，α₂为移动端当前方向。

步骤5.6、如果方向角α₃不为0，则判断所述移动端偏离导航道路(即用户已经偏离正确道路)，此时需要指引箭头指向正确道路，指引箭头应指向移动端的当前位置(即定位点)与最近道路所形成的垂直线段的方向。通过指引箭头指向正确道路方向采用如下公式：

α＝α₃-α₂

其中，α为指引箭头的转动角度。综上，本发明提出一种基于增强现实的室内导航可视化方法，以真实视频流场景为底，叠加定位点周边POI(Point of Interest，兴趣点)信息以及实时指引信息，实现真实场景与虚拟导航信息的融合，解决了二维平面可视化表达给用户带来的困惑，让用户能够更加直观准确方便的获取到导航信息，为用户提供更加直观、丰富、人机交互较好的室内导航***。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于增强现实的室内导航可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据导航目标信息获取位于目标点第一范围内的室内POI信息；

步骤2、根据移动端的传感器信息、所述移动端的位置信息，对所述室内POI信息进行筛选，得到第一POI信息，所述第一POI信息为在所述移动端视角范围内的POI信息；

步骤3、获取所述移动端的设备基本信息，实时获取所述移动端的传感器信息，并结合所述移动端的设备基本信息，实时更新POI屏幕坐标信息；所述POI屏幕坐标信息为所述第一POI信息叠加到所述移动端获取的真实视频流场景上得到的屏幕映射坐标信息；

步骤4、根据所述移动端的位置信息、所述导航目标信息，获得导航道路信息，并实时计算获得指引箭头的旋转角度；

步骤5、实时渲染所述指引箭头及所述POI屏幕坐标信息。

2.根据权利要求1所述的基于增强现实的室内导航可视化方法，其特征在于，所述步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1、将所述移动端的当前位置信息存储为第一Object对象，所述第一Object对象包含x坐标值和y坐标值；将所述室内POI信息中的各POI分别存储为第二Object对象，所述第二Object对象中包含了该POI的x坐标值、y坐标值、到所述移动端的当前坐标的距离、到所述移动端的当前位置的方向角；

步骤2.2、获取所述移动端的陀螺仪角度θ和所述移动端的摄像头视场角α，针对各POI，若满足预设条件则保存该POI的数据至可视数组，并构成所述第一POI信息；所述预设条件为：

其中，θ_i为室内POI信息中第i个POI到移动端的当前坐标的方向角，d_i为第i个POI到移动端的当前位置的距离，

为距离阈值。

3.根据权利要求2所述的基于增强现实的室内导航可视化方法，其特征在于，所述步骤3包括以下子步骤：

步骤3.1、获得所述移动端的设备基本信息，所述设备基本信息包括屏幕像素宽度W、屏幕像素高度H、移动端的初始陀螺仪角度ω；

步骤3.2、根据实时获得的传感器信息，结合所述设备基本信息，计算所述第一POI信息中的各POI的初始屏幕坐标，采用如下公式：

其中，x_i为第一POI信息中第i个POI的初始x坐标，y_i为第一POI信息中第i个POI的初始y坐标；

步骤3.3、当所述移动端的陀螺仪的角度不超过所述移动端的摄像头视场角α时，根据当前所述移动端的陀螺仪的角度，更新POI的屏幕坐标，更新采用如下公式：

其中，x_i′为更新后的第i个POI的初始x坐标，θ为移动端的陀螺仪角度，θ_i为室内POI信息中第i个POI到移动端的当前坐标的方向角；

当所述移动端的陀螺仪的角度超过所述移动端的摄像头视场角α，或者当所述移动端的位置移动超过预设的移动阈值时，则返回至步骤3.2。

4.根据权利要求1所述的基于增强现实的室内导航可视化方法，其特征在于，所述步骤4中，获得所述导航道路信息后，判断所述移动端是否在导航道路上移动；

如果在，则根据当前道路方向和所述移动端的陀螺仪的角度计算指引箭头的旋转角度；如果不在，则根据所述移动端的当前位置与最近道路形成的垂直线段的方向角、所述移动端的陀螺仪的角度计算指引箭头的旋转角度。

5.根据权利要求3所述的基于增强现实的室内导航可视化方法，其特征在于，所述步骤5包括以下子步骤：

步骤5.1、计算所述POI屏幕坐标信息中的每个POI到所述移动端的当前位置的距离，并根据最大距离和最小距离得到所述POI屏幕坐标信息中最远和最近POI距离差值R，采用如下公式：

其中，d_i表示第i个POI到移动端的当前位置的距离，R表示POI屏幕坐标信息中最远POI与最近POI到移动端当前位置的距离差值；

步骤5.2、计算所述POI屏幕坐标信息中的每个POI的y坐标，采用如下公式：

其中，h表示界面上显示POI区域的下边界高度，H表示POI显示区域的像素高度；

步骤5.3、根据步骤5.2中计算得到的所述POI屏幕坐标信息中每个POI的y坐标及步骤3.3中计算得到的更新后的第i个POI的初始x坐标对所述POI屏幕坐标信息进行实时可视化渲染，对标签遮盖问题进行优化；

步骤5.4、计算所述移动端的当前位置到所述导航道路信息中各个道路拐点的距离，找到距离所述移动端的当前位置最近的一条道路r₁，计算所述移动端的当前位置到道路r₁的方向角α₃；

步骤5.5、如果方向角α₃为0，则判断所述移动端在导航道路上移动，通过指引箭头指引正确道路方向采用如下公式：

α＝α₁-α₂

其中，α为指引箭头的转动角度，α₁为正确道路方向，α₂为移动端当前方向；

步骤5.6、如果方向角α₃不为0，则判断所述移动端偏离导航道路，通过指引箭头指向正确道路方向采用如下公式：

α＝α₃-α₂

其中，α为指引箭头的转动角度，指引箭头应指向移动端的当前位置与最近道路所形成的垂直线段的方向。

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