一种虚拟鱼缸及其实现方法与流程

本发明涉及基于激光投影的互动技术，是一种用于大画面、互动性、长寿命、色彩艳丽丰富的激光投影显示的虚拟鱼缸。

背景技术：

投影系统在现实生活中的应用已相当广泛，而投影技术已经相当成熟，主流的投影技术有dlp技术和lcd技术，两者的技术原理有较大的差异。

dlp技术是由多行多列的微反射镜所组成的dmd芯片为核心器件，其光学原理采用的是反射的方式实现；lcd技术是由多行多列的液晶块所组成的液晶面板为核心器件，其光学原理采用的是透射的方式实现。因此，两者相比之下，dlp技术的投影机的核心器件寿命远高于lcd技术的核心器件。

传统光源的投影机因其光源寿命有限，在长时间使用之后，需要进行换灯等后期维护，方能保证整机的亮度。新型的光源，如led、激光等光源，则因其超长的使用寿命、宽广的色域和色彩表现能力等优点，越来越多的应用在各种各样的工程及创意场景的应用中。led光源因其亮度不够高且成本低廉，因此，在低亮度的应用场合中使用较多；而激光光源因其亮度高，在高亮度的应用场合中是很好的选择。

结合投影系统而建立的各种各样的创意场景及应用也越来越多，其中就包含使用投影技术实现的虚拟鱼缸。

但现有的虚拟鱼缸则应用单一、无互动、使用寿命短、色彩不艳丽等缺点，降低了参与者的观感、真实感和参与感。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种基于互动技术的激光投影实现的虚拟鱼缸，其设计合理，能解决虚拟鱼缸应用单一、无互动、使用寿命短、色彩不艳丽的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种虚拟鱼缸，包括制作音频、仿真场景及物品图像的计算机，对计算机仿真图像进行缓存的服务器，接收计算机图像的投影系统、播放音频系统、用来远程观察和操作虚拟鱼缸、感应人手的触摸或点击操作并将操作的坐标传输至计算机的互动系统，实现附近用户的鱼类交换和互相喂鱼等社交相关功能的社交系统，依据环境光的亮度对计算机所生成的图像进行亮度和对比度等参数的调节的灯光系统，所述的服务器、投影系统、灯光系统通过高清数字信号连接计算机，所述的灯光系统通过usb信号连接计算机，所述的社交系统通过互联网连接服务器，所述的音频系统连接投影系统，所述的互动系统同时连接计算机和投影系统。

所述的一种虚拟鱼缸，其投影系统采用激光投影机和玻璃屏幕。

所述的一种虚拟鱼缸，其服务器采用多核架构的高性能处理器。

所述的一种虚拟鱼缸，其投影系统采用1920x1200分辨率的反射式超短焦激光投影机和贴有全息膜的玻璃屏幕。

所述的一种虚拟鱼缸，其音频系统采用立体声或多声道的功放及其扬声器。

所述的一种虚拟鱼缸，其互动系统采用多点红外感应技术来定位人手所操作的位置坐标，并将其传输给计算机，供其进行分析和响应。

所述的一种虚拟鱼缸，其灯光系统采用基于mems技术制造的亮度传感器，将感应到的亮度数据传输至计算机。

本发明的目的之二是提供上述虚拟鱼缸的实现方法，包括如下步骤：

一种如权利要求1所述虚拟鱼缸的实现方法，包括如下步骤：

a）、使用unity3d开发出各种鱼类的3d模型，通过采集的环境光亮度感知数据，对unity3d模型中的灯光强度、位置等进行调整，从而建立出较为真实的环境灯光系统；

b）、使用unity3d完成社交系统远程客户端程序的开发，该程序将虚拟鱼缸的画面进行编码进而传输至服务器，同时接收来自服务器的控制，响应远程客户端的操作；

c）、开发社交系统的服务器端程序，该程序将计算机的虚拟鱼缸画面进行缓存和存储，同时接收来自远程客户端的操作并将其传输至社交系统客户端；

d）、开发社交系统的移动客户端程序，通过该客户端程序对服务器所缓存的虚拟鱼缸画面进行解码，同时将屏幕操作传输给服务器；

e）、将计算机的虚拟鱼缸画面连接至投影系统，同时投影系统将hdmi信号中的音频信号进行分离输出至音频系统；

g）、音频系统输出高音质的声音；

h）、计算机将虚拟鱼缸画面进行编码，再传输至服务器进行缓存和存储；

i）、社交系统通过互联网访问运行服务器端程序，同时，将远程客户端的操作传输至计算机。

所述的一种虚拟鱼缸的实现方法，步骤e）中选用较为平整的玻璃屏幕作为投影屏幕，并在玻璃屏幕的外侧贴上一层全息膜，最后在玻璃屏幕的外框贴上红外线的发射和接收端，最终红外线的发射和接收端通过usb线将感应数据传输至计算机。

本发明的有益效果是：

1，采用1920x1200分辨率的反射式超短焦激光投影机，图像清晰度高，投射距离短，投射画面大，色域大，使用寿命长；

2，采用unity3d技术制作的3d模型，纹理自然且清晰，画面流畅，仿真度高；

3，采用多点红外感应技术，感应速度快，受可见光干扰小，可支持到16个点同时探测；

4，采用mems技术制造的亮度传感器，精确度高，采样时间可达到10毫秒以内；

5，采用多移动终端编程设计技术，满足用户的各种平台的使用需求。

本发明专利采用了计算机图像生成技术、多点红外感应技术、智能灯光控制技术等，能够依据养鱼时间的长短及喂食的频次，对鱼的大小及肤色的变化进行实时的调整，同时配合音频系统的鱼游动的声音播放，可虚拟出对鱼进行喂食的仿真效果，配合灯光系统可以虚拟的场景更加真实。

附图说明

图1是本发明系统框图；

图2是移动端访问本发明虚拟鱼缸的示意图；

图3是本发明多点红外互动技术的示意图；

图4是本发明的实施结构图。

各附图标记为：1—计算机，2—服务器，3—投影系统，4—音频系统，5—互动系统，6—社交系统，7—灯光系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1至图4所示，本发明公开了一种虚拟鱼缸，其硬件结构包括计算机1、服务器2、投影系统3、音频系统4、互动系统5、社交系统6、灯光系统7等七大部分。

所述的计算机1通过unity3d建模而制作出高仿真度的场景及物品，包含水草、假石、阳光、气泡和各种类型的鱼，其中鱼的肤色随着鱼的生长时间是有细微变化，并将所制作的图像通过高清数字信号传输至投影系统3，与此同时，将该画面传输至服务器2。

所述的服务器2将计算机1所生成的仿真图像进行缓存，可将画面传输至移动端（如手机）。

所述的投影系统3采用具有广阔色域的激光投影机和玻璃屏幕，可以取得相比与传统投影机更加多彩绚丽的颜色，且能够具有更长的使用寿命，免除后续更换灯泡的问题。

所述的音频系统4将计算机1所依据实际场景而制作的音频进行播放，通过音频和投影画面的相结合，营造出虚拟的鱼缸场景。

所述的互动系统5除了使用多点红外感应技术之外，还需要开发多种移动终端的应用，可以用来远程的观察和操作虚拟鱼缸，感应人手的触摸或点击操作，将操作的坐标传输至计算机1，计算机1依据该坐标在虚拟场景中的位置进行相应的响应或调整。所述的互动系统5的硬件开发需要使用多点红外感应技术对触摸位置的坐标进行计算和编码，传输至计算机；软件开发需要开发多种移动端设备的应用程序，采用高清网络数据流的编码和解码技术，保证移动端与本地的画面是一致性和流畅性。

所述的社交系统6主要由运行于服务器2上的社交应用程序的服务器端程序所实现。计算机1上运行的是社交应用程序的客户端程序，服务器和客户端程序通过使用本地网络和互联网进行数据通信，在程序实现上，可以使用tcp/ip或udp协议数据的交换。移动端（如手机或平板电脑）可采用移动端编程开发技术，如android软件开发技术或ios软件开发计算，来实现社交应用程序的客户端程序，从而实现远程地通过互联网访问服务器端的社交应用程序。社交应用程序除了要实现常规的触控操作（如喂鱼等）之外，还需要能够使用高清网络数据的编解码技术将计算机1上的虚拟鱼缸画面进行编码，将编码流信息传输至服务器，进行缓存的同时供远程的社交应用程序客户端观看。社交应用程序客户端需要对高清网络数据进行解码和显示，同时，应当采用高效的编解码方式来降低画面传输的延迟，降低网络带宽的占用。所述的社交系统最终可实现附近用户的鱼类交换和互相喂鱼等社交相关功能，将多个远程的虚拟鱼缸进行互联网连接，在移动端（如手机）上，也可以远程的操作虚拟鱼缸，并可以显示虚拟鱼缸的实时图像。

所述的灯光系统7则依据环境光的亮度，对计算机1所生成的图像进行亮度和对比度等参数的调节，使得投影画面更加清晰。

计算机1采用高配置的硬件显卡来实时的生成符合系统要求的视频和音频信号。

所述的移动端访问虚拟鱼缸，通过使用web和移动开发技术开发出不同移动端操作系统所运行的应用程序（简称app），如android系统、ios系统或其他系统等。该应用程序可以通过互联网连接至服务器，获取服务器上所缓存的虚拟鱼缸的图像和声音数据，同时，将用户的操作（如喂食等）传输至服务器，服务器再将其传输至计算机，计算机依据用户的操作对所生成的虚拟场景进行调整和响应，同时再将调整后的图像和声音数据经过服务器传输至移动端app，同时，本地的虚拟鱼缸的投影画面也将进行实时调整。

所述的多点红外互动技术，依据投影画面的尺寸，在屏幕四周布满相应的发射和接收端。当发射端与接收端之间有障碍物阻挡时，接收端不能够正常的接收到发射段所发射出来的红外线，依据两边的被障碍物所阻挡的红外接收器的位置，可以判定出障碍物所在的x和y轴坐标。当有多点触摸时，会有多个点被探测到。

本发明虚拟鱼缸的实现方法包括如下步骤：

a）、使用unity3d建模和仿真技术开发出仿真度较高的各种鱼类的3d模型（包含鱼的种类及大小等），然后搭配unity3d的灯光控制模块，通过灯光系统7所采集的环境光亮度感知数据，对unity3d模型中的灯光强度、位置等进行调整，从而建立出较为真实的环境灯光系统7。

b）、使用unity3d中的脚本编程技术完成社交系统6（应用程序）远程客户端程序的开发，该程序主要负责将虚拟鱼缸的画面进行编码进而传输至服务器2，同时接收来自服务器2的控制，响应远程客户端的操作。

c）、使用服务器2端程序开发技术开发社交系统6（应用程序）的服务器端程序，该程序主要负责将计算机1的社交应用程序客户端程序的虚拟鱼缸画面进行缓存和存储，同时接收来自远程客户端的操作并将其传输至计算机1的社交系统6（应用程序）客户端。

d）、使用移动端平台开发技术，如android软件开发技术或ios软件开发技术开发社交系统6（应用程序）的移动客户端程序，通过该客户端程序可对服务器2所缓存的虚拟鱼缸画面进行解码，同时将屏幕操作传输给服务器2。

d-2）、选用较为平整的玻璃屏幕作为投影屏幕，并在玻璃屏幕的外侧贴上一层全息膜，最后，在玻璃屏幕的外框贴上红外线的发射和接收端，最终红外线的发射和接收端通过usb线将感应数据传输至计算机。

e）、选用3lcd或dlp技术的激光投影机作为投影系统3的主要显示设备，将计算机1的虚拟鱼缸画面通过使用hdmi信号连接至投影系统3，保持将整个投影画面铺满玻璃屏幕，如果存在着图像边角超出玻璃屏幕时，可使用四角校正功能对某个角位进行调整，以保证最好的显示效果。同时投影系统3可以将hdmi信号中的音频信号进行分离输出至音频系统4。

g）、音频系统4可采用立体声或5.1声道的音响系统，其目的是保证输出高音质的声音。

h）、计算机1通过使用千兆网络将虚拟鱼缸画面进行编码，再传输至服务器2进行缓存和存储。

i）、社交系统通过互联网访问运行社交应用程序服务器端程序的服务器，该社交应用程序服务器端程序可以实现虚拟鱼缸画面的缓存和存储，同时，将远程的社交应用程序客户端程序的操作传输至计算机。运行社交系统的服务程序，可以实现附近鱼缸的鱼类交换和互相喂养、交流等功能；android系统、ios系统和其他系统等运行移动端平台开发的应用程序，用于获取远程虚拟鱼缸的实时画面及对其进行远程操作。

图中的计算机运行虚拟鱼缸的3d仿真软件；图中的服务器运行社交系统的服务程序，可以实现附近鱼缸的鱼类交换和互相喂养、交流等功能；图中的android系统、ios系统和其他系统等运行移动端平台开发的应用程序，用于获取远程虚拟鱼缸的实时画面及对其进行远程操作。

本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。