一种手套控制的增强现实系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种手套控制的增强现实系统，包括智能手机与增强现实的交互式手套，所述智能手机设置有一增强现实应用的APP，所述增强现实的交互式手套包括微控制单元以及与其相连的三轴姿态传感器、弯曲传感器、按钮、开关、LED指示灯、无线通信模块以及蓝牙通信模块；所述交互式手套用以采集用户手部的手势信息以及开关按钮信息，通过微控制单元进行算法解析后利用蓝牙通信模块发送至所述智能手机。本发明的系统由智能手机和增强现实的交互式手套组成，智能手机上装有增强现实应用的APP，用户可以通过手套来与APP上的应用交互，手套可进行虚拟物体的移动、旋转等动作，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。
【专利说明】
一种手套控制的増强现实系统
技术领域
[0001]本发明涉及增强现实技术领域，特别是涉及一种手套控制的增强现实系统。
【背景技术】
[0002]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图像的技术，这种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。
[0003]增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息，声音，味道，触觉等)，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
[0004]增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用便携式显示器，比如手机等移动设备，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是提供一种手套控制的增强现实系统，通过智能手机和增强现实的交互式手套组成的系统，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。
[0006]本发明采用以下方案实现:一种手套控制的增强现实系统，包括智能手机与增强现实的交互式手套，所述智能手机设置有一增强现实应用的APP，所述增强现实的交互式手套包括微控制单元以及与其相连的三轴姿态传感器、弯曲传感器、按钮、开关、LED指示灯、无线通信模块以及蓝牙通信模块;所述交互式手套用以采集用户手部的手势信息以及开关按钮信息，通过微控制单元进行算法解析后利用蓝牙通信模块发送至所述智能手机。
进一步地，所述交互式手套包括左手交互式手套与右手交互式手套，所述左手交互式手套与右手交互式手套通过无线通信模块进行数据通信，所述左手交互式手套的微控制单元将获取的手势信息通过无线通信模块发送至所述右手交互式手套，所述右手交互式手套接收汇总所述左手交互式手套的手势信息，并通过蓝牙通信模块统一发送至所述智能手机。
[0007]进一步地，所述智能手机通过交互式手套获取手势信息，操作增强现实所产生的虚拟物体，所述操作包括物体的任意角度旋转、任意位置平移、任意尺寸缩放和物体动画切换。
[0008]进一步地，所述三轴姿态传感器水平安装在用户的手背上，所述弯曲传感器可以安装在用户的食指和中指上，所述按钮可以安装在用户的大拇指和食指间，所述按钮还可以安装在用户的无名指指跟部。此外，弯曲传感器、按钮和开关还可以安装在手上的任何合适位置。
[0009]进一步地，所述微控制单元可以获取所述三轴姿态传感器数据，所述弯曲传感器、所述按钮以及所述开关的数据;所述微控制单元利用四元数手势姿态解算、针对手势姿态优化的卡尔曼滤波获得手势的角度、加速度、速度以及平移量数据。
[0010]进一步地，所述蓝牙通信模块包括蓝牙2.0模块与蓝牙4.0模块;所述蓝牙通信模块处于自动休眠状态，等待所述智能手机进行连接。
[0011]进一步地，所述无线通信模块与所述蓝牙通信模块在进行数据传输时采用压缩编码用以提高数据传输量，所述压缩编码包括基于各种手势概率而改进的哈夫曼编码与算术编码。
[0012]进一步地，所述交互式手套启动时会运行自检程序，检测各个模块是否处于正常状态。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下优点:本发明的系统由智能手机和增强现实的交互式手套组成，智能手机上装有增强现实应用的APP，用户可以通过手套来与APP上的应用交互，手套可进行虚拟物体的移动、旋转等动作，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。此发明可以应用在医疗、装修、教育、购物、娱乐等领域。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的手套控制的增强现实系统总体方案图。
[0015]图2是本发明的增强现实的交互式手套硬件框图。
[0016]图3是本发明的手套控制的增强现实系统软件流程图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0018]本实施例提供一种手套控制的增强现实系统，如图1和图2所示，包括智能手机与增强现实的交互式手套，所述智能手机设置有一增强现实应用的APP，所述增强现实的交互式手套包括微控制单元以及与其相连的三轴姿态传感器、弯曲传感器、按钮、开关、LED指示灯、无线通信模块以及蓝牙通信模块;所述交互式手套用以采集用户手部的手势信息以及开关按钮信息，通过微控制单元进行算法解析后利用蓝牙通信模块发送至所述智能手机。
在本实施例中，所述交互式手套包括左手交互式手套与右手交互式手套，所述手套控制的增强现实系统的实现方法图3所示，所述左手交互式手套与右手交互式手套通过无线通信模块进行数据通信，所述左手交互式手套的微控制单元将获取的手势信息通过无线通信模块发送至所述右手交互式手套，所述右手交互式手套接收汇总所述左手交互式手套的手势信息，并通过蓝牙通信模块统一发送至所述智能手机。
[0019]在本实施例中，所述智能手机与一存储有识别图数据和三维模型的云平台相连，所述APP通过摄像头获取图像数据，利用Vuforia平台与FastCV计算机视觉库下的surf识别算法，将采集的图像和预存的图像对比，若采集的图像和预存的图像的边缘特征点符合，则在采集的图像上利用OpenGL渲染上特定的三维模型，系统图像识别准确率高，反应速度快，并且具有图像跟踪的功能。
[0020]在本实施例中，所述智能手机所产生的虚拟物体，可以应用在医疗、装修、教育、购物、娱乐等领域，其中在医疗方面，虚拟的三维脏器模型由大量CT图片重建而成，三维重建基于VTK软件，通过调整CT的窗宽、窗位等相关参数，将大量平面的CT图像，还原成立体的三维模型，比如大脑模型、肝脏模型等。
[0021]在本实施例中，所述智能手机可以自动连接到增强现实的交互式手套上，获取手套传来的手势信息，根据数据对生成三维模型进行任意角度旋转、任意位置平移、任意尺寸缩放和物体动画切换等一系列操作。此时，效果就像用户亲自用手操作一个虚拟的物体，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。
[0022]1、在本实施例中，所述三轴姿态传感器水平安装在用户的手背上，所述弯曲传感器可以安装在用户的食指和中指上，所述按钮可以安装在用户的大拇指和食指间，所述按钮还可以安装在用户的无名指指跟部。此外，弯曲传感器、按钮和开关还可以安装在手上的任何合适位置。
[0023]在本实施例中，所述微控制单元通过IIC、SPI通信方式获取所述三轴姿态传感器，通过ADC方式获取所述弯曲传感器、所述按钮以及所述开关的数据;所述微控制单元利用四元数手势姿态解算、针对手势姿态优化的卡尔曼滤波获得手势的角度、加速度、速度以及平移量数据。
[0024]在本实施例中，所述微控制单元通过所述弯曲传感器获取手指的弯曲数据，不同的弯曲程度映射成相对应的数字量，用以区分不同的手势。
[0025]在本实施例中，所述三轴姿态传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力
i+o
[0026]在本实施例中，所述蓝牙通信模块包括蓝牙2.0模块与蓝牙4.0模块;所述蓝牙通信模块处于自动休眠状态，等待所述智能手机进行连接，可以节省电量，增加续航能力。
[0027]特别地，所述蓝牙2.0模块包括HC-05与HC-06 ；所述蓝牙4.0模块包括CC2540与CC2541。所述无线通信模块可以是在不同频点、不同调制方式与不同通信协议的无线通信模块。
[0028]在本实施例中，手套控制的增强现实系统在数据传输方面上采用了高效的压缩编码，所述无线通信模块与所述蓝牙通信模块在进行数据传输时采用压缩编码用以提高数据传输量，所述压缩编码包括基于各种手势概率而改进的哈夫曼编码与算术编码，大大减少了数据的传输量，每次采集编码后传输给智能手机的数据不超过10个字节，很大地提升了系统的实时性。
[0029]在本实施例中，增强现实的交互式手套启动时会运行自检程序，依次检测三轴姿态传感器、各个弯曲传感器以及开关按钮等，并用LED指示灯提示设备状态，用户使用时，需要先张开双手，接着握拳，然后再张开双手，以完成自检流程。自检通过后，手套利用LED指示灯提示自检通过，接着才能向智能手机发送手势数据。手套控制的增强现实系统还规定特定的手势规则，比如双手握拳表示将三维模型还原到初始状态等，可以有效防止误识别以及避免手势切换中产生的中间状态，提升了系统的鲁棒性。
[0030]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种手套控制的增强现实系统，其特征在于:包括智能手机与增强现实的交互式手套，所述智能手机设置有一增强现实应用的APP，所述增强现实的交互式手套包括微控制单元以及与其相连的三轴姿态传感器、弯曲传感器、按钮、开关、LED指示灯、无线通信模块以及蓝牙通信模块;所述交互式手套用以采集用户手部的手势信息以及开关按钮信息，通过微控制单元进行算法解析后利用蓝牙通信模块发送至所述智能手机。2.根据权利要求1所述的一种手套控制的增强现实系统，其特征在于:所述交互式手套包括左手交互式手套与右手交互式手套，所述左手交互式手套与右手交互式手套通过无线通信模块进行数据通信，所述左手交互式手套的微控制单元将获取的手势信息通过无线通信模块发送至所述右手交互式手套，所述右手交互式手套接收汇总所述左手交互式手套的手势信息，并通过蓝牙通信模块统一发送至所述智能手机。3.根据权利要求1所述的一种手套控制的增强现实系统，其特征在于:所述智能手机通过交互式手套获取手势信息，操作增强现实所产生的虚拟物体，所述操作包括物体的任意角度旋转、任意位置平移、任意尺寸缩放和物体动画切换。4.根据权利要求1所述的一种手套控制的增强现实系统，其特征在于:所述三轴姿态传感器水平安装在用户的手背上，所述弯曲传感器安装在用户的食指和中指上，所述按钮安装在用户的大拇指和食指间或无名指指跟部。5.根据权利要求1所述的一种手套控制的增强现实系统，其特征在于:所述微控制单元获取所述三轴姿态传感器数据，所述弯曲传感器、所述按钮以及所述开关的数据;所述微控制单元利用四元数手势姿态解算、针对手势姿态优化的卡尔曼滤波获得手势的角度、加速度、速度以及平移量数据。6.根据权利要求1所述的一种手套控制的增强现实系统，其特征在于:所述蓝牙通信模块包括蓝牙2.0模块与蓝牙4.0模块;所述蓝牙通信模块处于自动休眠状态，等待所述智能手机进行连接。7.根据权利要求1所述的一种手套控制的增强现实系统，其特征在于:所述无线通信模块与所述蓝牙通信模块在进行数据传输时采用压缩编码用以提高数据传输量，所述压缩编码包括基于各种手势概率而改进的哈夫曼编码与算术编码。8.根据权利要求1所述的一种手套控制的增强现实系统，其特征在于:所述交互式手套启动时运行自检程序，检测各个模块是否处于正常状态。
【文档编号】G06F3/01GK106020468SQ201610327947
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】翁明辉, 郭嘉, 李汉波, 冯超, 林和志, 黄联芬
【申请人】翁明辉, 郭嘉, 李汉波, 冯超, 林和志, 黄联芬