CN115328316B - 基于vr技术的元宇宙物体材质构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法及装置，涉及虚拟现实技术领域。该方法包括：使用仿生触觉传感器获取表征真实物体材质信息的模拟信号；采集模拟信号，将模拟信号量化为元宇宙中材质空白的虚拟物体所需的数字信号；将数字信号作为虚拟物体的材质参数，写入元宇宙中的虚拟模型，完成元宇宙物体材质的构建。本公开依靠仿生触觉传感器将现实物体材质直接应用于虚拟物体的参数构建，增加虚拟模型构建的灵活性。

Description

基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法及装置

技术领域

本公开涉及虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术领域，尤其涉及一种基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法及装置。

背景技术

随着虚拟现实技术的发展，元宇宙中构建的模型呈现多样化，配合日趋完备的智能终端，虚拟场景给人体验更加丰富真实。

但是，在现有的虚拟场景中，虚拟物体的构建主要通过相机等设备拍摄或者直接软件构建。通过与外部交互构建的虚拟物体侧重于几何形状与色彩，无法做到对物体材质的录入。材质大多是预先设置或者预先存储在数据库中的，这样的构建方式较为固定，不能直接将现实世界中真实物体的材质映射到用户所在的虚拟世界中的虚拟物体上。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提供了一种基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法及装置，依靠仿生触觉传感器将现实物体材质直接应用于虚拟物体的参数构建，增加虚拟模型构建的灵活性。

本公开的第一方面提供了一种基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法，包括：使用仿生触觉传感器获取表征真实物体材质信息的模拟信号；采集模拟信号，将模拟信号量化为元宇宙中材质空白的虚拟物体所需的数字信号；将数字信号作为虚拟物体的材质参数，写入元宇宙中的虚拟模型，完成元宇宙物体材质的构建。

根据本公开的实施例，使用仿生触觉传感器获取表征真实物体材质信息的模拟信号，包括：使用仿生触觉传感器获取真实物体的硬度信息和热导信息；根据硬度信息和热导信息，生成对应的模拟信号。

根据本公开的实施例，采集模拟信号之前，还包括：对模拟信号进行放大降噪。

根据本公开的实施例，材质空白的虚拟物体具体为：结构形状搭建完成，但缺乏材质参数的虚拟物体。

根据本公开的实施例，通过建模软件将数字信号写入元宇宙中的虚拟模型，其中，建模软件包括unity软件。

根据本公开的实施例，通过建模软件将数字信号写入元宇宙中的虚拟模型，还包括：使用unity软件初始化包含材质空白的虚拟物体的虚拟模型；通过串口协议，将虚拟物体的材质参数写入虚拟模型，得到更新后的虚拟模型。

本公开的第二方面提供了一种基于VR技术的元宇宙物体材质构建装置，包括：仿生触觉传感器，用于获取表征真实物体材质信息的模拟信号；信号采集量化模块，用于采集模拟信号，将模拟信号量化为元宇宙中材质空白的虚拟物体所需的数字信号；显示模块，用于将数字信号作为虚拟物体的材质参数，写入元宇宙中的虚拟模型，完成元宇宙物体材质的构建。

本公开的第三方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法。

本公开的第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行上述基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法。

本公开的第五方面还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法。

与现有技术相比，本公开提供的基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法及装置，至少具有以下有益效果：

(1)通过获取现实世界中实际物品的材质参数，直接对虚拟世界中材质空白的虚拟物体进行材质参数设定。由于使用者周边真实世界的环境是随用户移动改变。因此，使用者可以根据自身喜好以及参照所处空间中的不同真实物体对虚拟物体进行材质的更替变化。也就是说，虚拟物体的材质不再是单一的通过材质库直接设定或者默认参数输入，而是可以将使用者身边的真实物体材质映射到元宇宙中。本公开丰富了原有的材质设定方式。

(2)在VR终端允许的条件下，本公开构建的虚拟模型接近于真实世界在虚拟世界的直接投影。通过元宇宙沟通的双方可以不再局限于视觉的感官交流，如物体的形状、颜色；还可以扩展其他的感官交流，如物体的粗糙度、柔软度等。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法的流程图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的材质参数赋值前后的虚拟物体的状态图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的材质参数赋值参考的真实物体以及材质参数赋值后的虚拟物体的状态图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的基于VR技术的元宇宙物体材质构建装置的结构框图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的适于实现基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法的电子设备的方框图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的***”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的***等)。

在本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供、公开和应用等处理，均符合相关法律法规的规定，采取了必要保密措施，且不违背公序良俗。

在本公开的技术方案中，在获取或采集用户个人信息之前，均获取了用户的授权或同意。

图1示意性示出了根据本公开实施例的基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法的流程图。图2示意性示出了根据本公开实施例的材质参数赋值前后的虚拟物体的状态图。图3示意性示出了根据本公开实施例的材质参数赋值参考的真实物体以及材质参数赋值后的虚拟物体的状态图。

请参阅图2和图3，对图1所示的方法做进一步说明。如图1所示，根据该实施例的基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法，可以包括操作S110～操作S130。

在操作S110，使用仿生触觉传感器获取表征真实物体材质信息的模拟信号。

相较于用于几何形状采集的摄像机等光学传感，仿生触觉传感器通过与真实物体接触，根据真实物体的材质信息产生相应的模拟信号。

由此，通过接触不同的真实物体，可改变采集的材质。采集材质的变化引起仿生触觉传感器内阻、电位变化，产生不同强度的模拟信号。材质的参数大小与模拟信号的强弱呈现相关，形成映射。通过模拟信号的强弱反应采集的材质属性。

本公开实施例中，可以先使用仿生触觉传感器获取真实物体的硬度信息和热导信息，然后根据硬度信息和热导信息，生成对应的模拟信号。

具体地，使用仿生触觉传感器探测物体材质时，物体的硬度不同会引起仿生触觉传感器内阻的差异；物体的热导不同则会引起仿生触觉传感器产生一个偏置电压。测定物体硬度和仿生触觉传感器内阻之间的相关关系以及物体热导和传感器偏置电压的相关关系。之后可以通过数学公式量化拟合两种相关关系。

通过仿生触觉传感器的性能测试，可以得到模拟信号与材质信息的对应关系。

在操作S120，采集模拟信号，将模拟信号量化为元宇宙中材质空白的虚拟物体所需的数字信号。

具体地，可以通过采集运放电路，完成对上述模拟信号的采集。为了提高信号采集效率，本公开实施例中，采集模拟信号之前，还包括：对模拟信号进行放大降噪。

本公开实施例中，材质空白的虚拟物体具体为：结构形状搭建完成，但缺乏材质参数的虚拟物体。由此，元宇宙中初始化有材质空白的虚拟物体，该虚拟物体为结构形状构建完成，缺乏硬度、热导等材质属性定义的物体。

然后，经由AD转换器和微处理器，将模拟信号量化为元宇宙中材质空白的虚拟物体所需的数字信号。该数字信号与真实物体的材质属性相对应，也即，该数字信号可以映射真实物体的材质信息。

在操作S130，将数字信号作为虚拟物体的材质参数，写入元宇宙中的虚拟模型，完成元宇宙物体材质的构建。

将经过量化后的数字信号作为虚拟物体的材质参数，由此在元宇宙的虚拟模型之中，完成虚拟物体的材质构建工作。

具体地，将量化后的数字信号例如通过蓝牙传输到建模软件，建模软件将接受的数字信号写入材质空白的虚拟物体，完成在元宇宙中的虚拟模型构建。该虚拟模型为虚拟世界构建及展示的应用平台。

本公开实施例中，通过建模软件将数字信号写入元宇宙中的虚拟模型，其中，该建模软件包括unity软件。

进一步地，本公开实施例中，通过建模软件将数字信号写入元宇宙中的虚拟模型，可以包括：

使用unity软件初始化包含材质空白的虚拟物体的虚拟模型；

通过串口协议，将虚拟物体的材质参数写入虚拟模型，得到更新后的虚拟模型。

请继续参阅图2，为通过图片直观表现，使用不同贴图表示材质参数赋值前后的虚拟物体的状态。首先，使用unity软件初始化虚拟模型，对于需要灵活编辑材质的物体，材质参数部分留白，如图2中的(a)所示。然后，编辑脚本，将数字信号与虚拟物体的材质参数设定相关联。之后，运行unity软件，将数字信号写入虚拟物体，虚拟物体完成材质赋值，如图2中的(b)所示。

建模过程可以包括，按照工程实际情况建立几何模型，添加动作脚本，将接收到的数字信号作为材质参数写入，完成虚拟模型的构建。

请继续参阅图3，虚拟物体，如图3中的(b)所示，与被参照的真实物体，如图3中的(a)所示，两者具有相似的材质属性，但两者在几何外形等其他属性毫不相关。通过将元宇宙中模型参数设定与相应传感信号关联，使用者可以通过真实世界的真实物理信号编辑元宇宙中的模型参数。对于使用者而言，在元宇宙中物体材质的构建可以更加随意自由。对于元宇宙的构建来说，可以将真实物体投影至虚拟世界中，加强了虚拟和现实的关联，有助于元宇宙的多元化发展。

基于上述公开内容，真实物体作为元宇宙中虚拟模型参数的来源，提供了元宇宙模型参数的初始参考值。元宇宙中初始化有材质空白的虚拟物体，虚拟物体的材质属性由仿生触觉传感器采集真实物体的材质属性赋值，完成虚拟物体模型的构建过程。仿生触觉传感器可以探测真实物体的材质参数，得到材质对应的模拟信号。模拟信号经由采集处理，写入建模软件，对虚拟物体进行材质参数的赋值，完成虚拟模型的构建。

进一步地，本公开实施例依靠仿生触觉传感器将现实物体材质直接应用于虚拟物体的参数构建，增加虚拟模型构建的灵活性。

基于上述基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法，本公开还提供了一种基于VR技术的元宇宙物体材质构建装置，以下将结合图4对该装置进行详细描述。

图4示意性示出了根据本公开实施例的基于VR技术的元宇宙物体材质构建装置的结构框图。

如图4所示，根据该实施例的基于VR技术的元宇宙物体材质构建装置400包括仿生触觉传感器410、信号采集量化模块420和显示模块430。

仿生触觉传感器410，用于获取表征真实物体材质信息的模拟信号。

信号采集量化模块420，用于采集模拟信号，将模拟信号量化为元宇宙中材质空白的虚拟物体所需的数字信号。

显示模块430，用于将数字信号作为虚拟物体的材质参数，写入元宇宙中的虚拟模型，完成元宇宙物体材质的构建。

需要说明的是，装置部分的实施例方式与方法部分的实施例方式对应类似，并且所达到的技术效果也对应类似，具体细节请参照上述方法实施例方式部分，在此不再赘述。

根据本公开的实施例，仿生触觉传感器410、信号采集量化模块420和显示模块430中的任意多个可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本公开的实施例，仿生触觉传感器410、信号采集量化模块420和显示模块430中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上***、基板上的***、封装上的***、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，仿生触觉传感器410、信号采集量化模块420和显示模块430中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

图5示意性示出了根据本公开实施例的适于实现基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法的电子设备的方框图。

如图5所示，根据本公开实施例的电子设备500包括处理器501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储部分508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器501例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))等等。处理器501还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器501可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

在RAM 503中，存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理器501、ROM502以及RAM 503通过总线504彼此相连。处理器501通过执行ROM 502和/或RAM 503中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM 502和RAM 503以外的一个或多个存储器中。处理器501也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。

根据本公开的实施例，电子设备500还可以包括输入/输出(I/O)接口505，输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。电子设备500还可以包括连接至I/O接口505的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器510也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。

本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/***中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/***中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。

根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 502和/或RAM 503和/或ROM 502和RAM 503以外的一个或多个存储器。

本公开的实施例还包括一种计算机程序产品，其包括计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。当计算机程序产品在计算机***中运行时，该程序代码用于使计算机***实现本公开实施例的方法。

在该计算机程序被处理器501执行时执行本公开实施例的***/装置中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的***、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分509被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。

在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。在该计算机程序被处理器501执行时，执行本公开实施例的***中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的***、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

根据本公开的实施例，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例提供的计算机程序的程序代码，具体地，可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。程序设计语言包括但不限于诸如Java，C++，python，“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能电可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (7)

1.一种基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用仿生触觉传感器获取表征真实物体材质信息的模拟信号，包括：

使用仿生触觉传感器获取真实物体的硬度信息和热导信息；

根据所述硬度信息和热导信息，生成对应的模拟信号，包括：通过数学公式量化拟合所述硬度信息和所述仿生触觉传感器内阻之间的相关关系以及所述热导信息和所述仿生触觉传感器偏置电压的相关关系，得到模拟信号与所述硬度信息和热导信息的对应关系；

采集所述模拟信号，将所述模拟信号量化为元宇宙中材质空白的虚拟物体所需的数字信号；

将所述数字信号作为所述虚拟物体的材质参数，写入所述元宇宙中的结构搭建完成但缺乏材质参数的虚拟模型，完成元宇宙物体材质的构建，所述虚拟模型的结构包括任意形状，与所述真实物体的形状无关。

2.根据权利要求1所述的基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法，其特征在于，采集所述模拟信号之前，还包括：

对所述模拟信号进行放大降噪。

3.根据权利要求1所述的基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法，其特征在于，通过建模软件将所述数字信号写入所述元宇宙中的虚拟模型，其中，所述建模软件包括unity软件。

4.根据权利要求3所述的基于VR技术的元宇宙物体材质构建方法，其特征在于，所述通过建模软件将所述数字信号写入所述元宇宙中的虚拟模型，还包括：

使用所述unity软件初始化包含所述材质空白的虚拟物体的虚拟模型；

通过串口协议，将所述虚拟物体的材质参数写入所述虚拟模型，得到更新后的虚拟模型。

5.一种基于VR技术的元宇宙物体材质构建装置，其特征在于，包括：

仿生触觉传感器，用于获取表征真实物体材质信息的模拟信号，包括：通过数学公式量化拟合硬度信息和所述仿生触觉传感器内阻之间的相关关系以及热导信息和所述仿生触觉传感器偏置电压的相关关系，得到模拟信号与所述硬度信息和热导信息的对应关系；信号采集量化模块，用于采集所述模拟信号，将所述模拟信号量化为元宇宙中材质空白的虚拟物体所需的数字信号；

显示模块，用于将所述数字信号作为所述虚拟物体的材质参数，写入所述元宇宙中的结构搭建完成但缺乏材质参数的虚拟模型，完成元宇宙物体材质的构建，所述虚拟模型的结构包括任意形状，与所述真实物体的形状无关。

6.一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行根据权利要求1～4中任一项所述的方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行根据权利要求1～4中任一项所述的方法。