一种实时标定现实世界中的虚拟物体的装置的制作方法

本实用新型涉及增强现实(AR)技术领域，特别是涉及一种虚拟物体在现实世界中的实时标定。使用户可以根据当前所处现实环境的信息，进行增强现实场景的实时编辑和属性定制。

背景技术：

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虚拟图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟的物体实时地叠加在现实世界中并进行互动。从用户的角度来说，现实世界被事先准备好的计算机模型(虚拟模型)所增强，这种增强可以包括视觉信息,声音,味道,触觉等。通过现实世界触发的信号，增强现实系统能够使用户与通过虚拟模型增强后的世界进行交互沟通。

一个完整的增强现实系统是由一组紧密联结、实时工作的硬件部件与相关的软件系统协同实现的。在典型的增强现实系统中，真实世界的场景通过事先准备的计算机模型(虚拟模型)被增强，在这个过程中需要保证真实世界和虚拟世界的视觉效果的同步，或者说真实世界和虚拟世界的坐标系统的一致性。这种一致性需要通过对真实世界中所识别物体的具体位置和特征来判断及更新所要叠加的虚拟模型。目前常用的方式是预先在现实世界中采集一组图像，并在离线状态下提取图像特征并关联对应的虚拟物体模型，再集成到增强现实系统中。在之后的使用过程中，当增强现实系统的图像采集模块捕获并识别出某一个采集过的图像后，就能够实现用存储和事先处理的信息来叠加相关联的虚拟物体模型，以增强使用者观察到的现实世界场景。

目前，市面上的增强现实系统都是预先设计好的增强现实场景，用户只能被动使用，需要在真实世界中通过捕捉预设在系统内部的图像来获取增强现实的体验。普遍缺乏易用的、直观的、有效的增强现实系统定制化方法，用户很难实时定制化其身边的增强现实场景。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种实时标定现实世界中的虚拟物体的装置，其目的是通过一种用于在现实世界中给虚拟物体进行位置标定的交互设备，使用户可以用它对现实位置进行标定，并将虚拟物体关联到该标定区域上；以图像采集单元摄入现实世界帧图像；根据图像中交互设备标定的区域，计算出标定区域在捕捉的现实图像中的相对坐标；将虚拟物体叠加至指定的标定区域上；通过交互设备设置虚拟物体的属性，和调整其在现实世界中的相对位置，如上下左右以及前后叠放次序的调整。

其涉及的主要技术方案为：一种实时标定现实世界中的虚拟物体的装置,至少包括交互装置和移动终端，其特征在于，所述交互装置包括一个密封壳体；所述密封壳体的背部设置有方向控制器；所述密封壳体的前端设置有可见光发射器；所述密封壳体的底部设置有前后两个按键；所述密封壳体的内部设置有可见光发射控制模块，方向控制模块，按键控制模块，电池模块，蓝牙通信模块和中央处理控制模块；所述移动终端包括摄像头，地理位置感知模块，显示设备，蓝牙通信模块。

本实用新型通过采用标定现实世界区域并提取特征与虚拟物体进行关联的方法，不仅支持实时定制化用户身边的增强现实场景，还支持虚拟物体与现实物体的前后叠加交互能力，从而可以更加灵活的在现实世界中关联和使用虚拟物体，而无需为虚拟物体的标定提前设计现实世界中的标记及其模型。

其进一步的技术方案为：一种具有用户交互和输入功能的虚拟物体在现实世界中实时标定的装置，该系统包括：

移动终端，用于采集和显示信息，并运行相关的增强现实应用软件；

交互装置，用于在视频图像采集设备捕捉到的实时场景中标记特定区域，提供与虚拟物体的编辑和交互。

进一步地，在上述的移动终端中，包括：

摄像头，用于捕捉真实世界的实时场景；

图像特征提取模块，用于提取当前捕捉到的现实世界场景图像特征；

地理位置感知模块，用于获取实时的地理位置信息；

显示设备，用于显示捕捉到的现实世界场景，标记区域和与虚拟物体叠加后的增强现实场景；蓝牙通信模块，用于接收交互设备上发送的控制指令。

进一步地，在上述的交互装置中，包括：

可见光发射器及其控制模块，用于发出可见光在现实世界中进行标定；

功能按键及其控制模块，用于控制可见光发射器和在移动终端上提供对虚拟物体的交互功能；方向控制器及其控制模块，用于在移动终端上提供对虚拟物体的交互功能；

蓝牙通信模块，用于将交互设备上的控制指令发送给移动终端；

中央处理控制模块，用于协调各模块之间的数据传输和控制；

电池模块，用于为各模块提供电能。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种实时标定现实世界中的虚拟物体的交互装置的结构示意图。

图2为本发明实施例一提供的一种实时标定现实世界中的虚拟物体的交互装置的内部腔体结构示意图。

图3为本发明实施例一提供的一种实时标定现实世界中的虚拟物体的装置的使用方法示意图。

图4为本发明实施例二提供的一种实时标定现实世界中的虚拟物体的装置的另一种使用方法示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。需要注意的是，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一

如图1所示，一种基于实时标定的交互装置9，包括外壳体1。外壳体1包括背壳2和底壳3。背壳2和底壳3围成一个腔体。外壳体1前端安装有可见光发射器4。外壳体1前端底部按前后顺序设置有按键5和按键6。背壳2前端顶部安装有方向控制器7。外壳体1上留有充电口开口8。外壳体内部的腔体结构如图2所示，对应于外壳体1上的可见光发射器4的位置，腔体前部安装有可见光发射模块10。对应于外壳体1上的方向控制器7的位置，腔体顶部安装有方向控制模块11。对应于外壳体1上的按键5和按键6的位置，腔体前部安装有按键控制模块12。对应于外壳体1上的充电口开口8的位置，腔体内部安装有充电模块13。此外腔体内部还设置有蓝牙通信模块14，中央处理控制模块15和电池模块16。

本实施例的增强现实的装置是这样使用的：如图3所示，打开移动终端17，通过移动终端的摄像头18捕捉现实世界19中摄像头拍摄视角20所覆盖的视野区域21，并在显示器22中呈现所捕捉的视野区域图像23。同时，通过支持实时标定的交互装置9，及其按键5 对可见光发射器4进行控制，在现实世界19中视野区域21内通过可见光点指示区域24，该区域被摄像头18捕捉识别后呈现在显示器中并被标注为标定区域25。

移动终端17在获取视野区域图像23及其上的标定区域25时，分别提取视野区域图像23特征信息和标定区域25在视野区域21的相对位置信息，并通过地理位置感知模块26 识别该终端所处地理位置信息。

基于实时标定交互装置的按键控制，通过蓝牙通信模块14将控制信号发送给移动终端17，在移动终端17上调出虚拟物体交互界面27，并通过按键6和方向控制器以7及蓝牙通信模块14发送控制信息，实现通过该实时标定交互装置9在移动终端17上选取和调整虚拟物体28在标定区域25上的属性和姿态，并通过移动终端17将提取到的视野区域图像23 特征信息，标定区域25在视野区域21的相对位置信息，以及当前的地理位置信息添加到该虚拟物体28的属性中。

需要说明的是，本实施例中，虚拟物体28默认放置于标定区域25上，本领域技术人员可以理解，虚拟物体28也可以使用按键6，或方向控制器7，或结合按键6和方向控制器 7来调整放置位置，并可设置重叠或替换覆盖标定区域25的图像等属性，并计算出调整后的相对位置信息。

该装置上的按键5和按键6可提供可见光发射器4的控制和其他组合按键功能。本领域技术人员理解，按键5的功能和按键6的功能有很多种实施方式。一种简单的实施方式是：按键5为可见光发射器控制按键，按键6为功能组合按键。按键5控制可见光的发射和关闭，按键6调出和关闭虚拟物体交互界面27，以及结合方向控制器设置虚拟物体28的属性。

此外，本实施例中，充电口开口8设置在外壳体1上的尾部位置。本领域技术人员理解，充电口也可以设置在外壳体其他位置上。

在用户完成现实世界19中视野区域21的增强现实定制化之后，当用户通过该增强现实装置的移动终端17观察现实世界景物时，移动终端17通过摄像头18捕捉现实世界中拍摄视角区域内的图像，一旦识别出该区域被定制化过，即通过图像特征和地理位置信息查找出其中标定过的虚拟物体，结合虚拟物体上的相对位置属性，构建该虚拟物体在当前的现实世界图像之上，并通过移动终端17的显示器22显示，以展现现实世界画面与虚拟物体叠加得到的增强现实画面。本领域技术人员理解，通过远程数据库，数据共享和网络通信，标定过的现实世界区域及其关联的虚拟物体可以在不同的多个移动终端上被识别和呈现。

实施例二

在实施例一的基础上，进一步，如图4所示，通过后台算法设计，可见光发射器4只用于光标29位置校准。当移动终端摄像头18在捕捉的现实世界视野区域图像23中识别出可见光发射器4发射出的可见光点30，则在显示器22中显示该可见光的映射光标29，并切换至方向控制器7对显示器22中映射光标29的位置进行控制。并根据映射光标29的位置信息来标定虚拟物体。

实施例三

在实施例一的基础上，进一步，本领域技术人员理解，可通过在交互装置9内部的电池模块 16中采用非充电电池来替换充电模块13和充电口开口8，以降低成本和复杂度。