基于增强现实技术的三维动画生成方法、终端及系统与流程

本发明涉及增强现实技术领域，尤其是涉及一种基于增强现实技术的三维动画生成方法、终端及系统。

背景技术：

增强现实(Augmented Reality，简称AR)，是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，将虚拟的信息应用到真实世界，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的增强。增强现实技术是数字化技术的发展和延伸，它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，给用户带来更真实的全新体验与感受。

目前，对于动态动作的传统面授教学模式逐渐减少，而基于线上视频等形式的自学教学模式逐渐普及，其具有学习时间自由性强、场地限制小、规模易控制等优势。普遍的教学辅助教材多以纸质教材、视频等二维内容为主，少部分为计算机合成的静态三维人物的三维内容。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：各类教材在实现形式上相对独立，未能多角度的集中体现教学内容，辅助教材的内容单一枯燥，缺乏足够的临场感，学生仅靠纸质教材的插图和视频内容进行想象来完成对真人运动等动态内容的摸索学习，无法实现在同一空间内富有临场感的对动态动作的360度全方位的观察学习。因此，现有技术存在内容形式单一，缺乏临场感，用户的使用感受差的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种基于增强现实技术的三维动画生成方法、终端及系统，以缓解了现有技术存在的内容形式单一，缺乏临场感，用户的使用感受差的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于增强现实技术的三维动画生成方法，包括：

采集步骤：采集环境图景；

接收步骤：接收具有动作数据的三维模型的三维动画，并将三维动画与环境图景结合；

输出步骤：输出配有环境图景的三维动画。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，接收步骤之前还包括：

识别步骤：识别集成有特征信息与标识图像的标识卡，获取对应于标识卡的三维模型。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，三维模型具体为：

目标图像由三维扫描器拼接而生成的立体虚拟模型；

目标图像为摄像机采集目标对象的图像获取的。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，动作数据具体为：

对跟踪器记录的目标对象的位置数据进行计算处理，生成的三维空间坐标数据。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于增强现实技术的运动教材的终端，包括：摄像模块、数据处理模块和输出模块；

摄像模块用于采集环境图景；

数据处理模块用于接收具有动作数据的三维模型的三维动画，并将三维动画与环境图景结合；

输出模块用于输出配有环境图景的三维动画。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：识别模块；

识别模块用于识别集成有特征信息与标识图像的标识卡的标识卡，获取对应于标识卡的三维模型。

第三方面，本发明实施例还提供一种基于增强现实技术的运动教材生成系统，包括：三维模型构建系统、动作数据生成系统和上述终端；

三维模型构建系统用于构建三维动画中的三维模型；

动作数据生成系统用于生成三维模型的动作数据。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，三维模型构建系统包括：摄像机、三维扫描器和扫描图像处理器；

摄像机采集目标对象的图像，获取目标图像；

三维扫描器将目标图像进行拼接，生成扫描图像；

扫描图像处理器对扫描图像进行筛选合成处理，生成三维模型。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，动作数据生成系统包括：跟踪器和位置数据处理器；

跟踪器记录目标对象的位置，生成目标对象的位置数据；

位置数据处理器对位置数据进行计算处理，生成动作数据。

结合第三方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第三方面的第三种可能的实施方式，其中，摄像机还包括：图像采集控制器；

图像采集控制器用于图像的远程同步采集与实时传输。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例所提供的基于增强现实技术的三维动画生成方法、终端及系统中，首先，终端的摄像模块采集环境图景，其次，数据处理模块接收具有动作数据的三维模型的三维动画，并将三维动画与环境图景结合，其中，三维模型由系统中的三维模型构建系统构建，动作数据由系统中的动作数据生成系统生成，最后，输出模块输出配有环境图景的三维动画。该技术方案采用构建三维模型、动作捕捉技术及AR技术相结合的方式，丰富了教学的内容形式，使其具有趣味性，提高了用户的学习积极性，增强了实现过程的临场感，便于用户进行多角度的观察学习，改善了用户的使用体验，缓解了现有技术存在的内容形式单一，缺乏临场感，用户的使用感受差的技术问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于增强现实技术的三维动画生成方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的生成方法中，三维模型构建的具体方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的生成方法中，动作数据生成的具体方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的基于增强现实技术的运动教材的终端的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的基于增强现实技术的运动教材生成系统的结构示意图。

图标：

100-终端；110-识别模块；120-摄像模块；130-数据处理模块；140-输出模块；200-三维模型构建系统；210-摄像机；220-三维扫描器；230-扫描图像处理器；300-动作数据生成系统；310-跟踪器；320-位置数据处理器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，基于线上视频等形式的自学教学模式因其具有学习时间自由性强、场地限制小、规模易控制等优势逐渐普及，各类教材多以纸质教材、视频等二维内容为主，少部分为计算机合成的静态三维人物的三维内容。但是，学生仅靠纸质教材的插图和视频内容进行想象来完成对真人运动等动态内容的摸索学习，无法实现在同一空间内富有临场感的对动态动作的360度全方位的观察学习，现有技术的内容形式单一，缺乏临场感，用户的使用感受差。基于此，本发明实施例提供的基于增强现实技术的三维动画生成方法、终端及系统，可以丰富教学的内容形式，增强实现过程的临场感，便于用户进行多角度的观察学习，改善用户的使用体验。

为便于对本实施例进行理解，现对本发明实施例所公开的基于增强现实技术的三维动画生成方法、终端及系统进行详细介绍。

实施例一：

参见图1，本发明实施例提供的基于增强现实技术的三维动画生成方法的流程图。本发明实施例提供了一种基于增强现实技术的三维动画生成方法，包括：

采集步骤S1：采集环境图景。具体的，用户所持有的移动终端配有能够进行拍照取景的摄像模块，当用户需要在当前场景使用辅助教材的三维动画时，可以通过上述的摄像模块进行环境图景的采集，使得虚拟的三维动画与现实的真实场景相结合，增强了播放过程中用户的临场感。

接收步骤S2：接收具有动作数据的三维模型的三维动画，并将三维动画与环境图景结合。具体的，移动终端的数据处理模块通过数据传输的方式接收教学所需的三维动画，该动画的三维模型为具有人体基本骨骼结构的虚拟模型，便于学习者观察模仿，该模型可以是真人形象，也可以是虚拟的动漫角色形象。三维模型的动作数据为该模型在进行动画中的规定动作时，所捕捉到的位置数据，是学习者进行模仿学习的关键内容，三维动画的动作数据体现了动画的细节，其精度越精细，生成的三维动画的细节也就越全面，有利于提高学习者的观察学习效果。将三维动画与步骤S1采集得到的环境图景相结合，实现了该三维模型以立体形式呈现在学习者所在的场景中，便于学习者的观察模仿。

输出步骤S3：输出配有环境图景的三维动画。具体的，移动终端的显示器将前述三维动画展现出来，该终端可以是可穿戴设备，也可以是可移动的智能硬件终端，如智能手机，智能平板，智能电视等，其显示器可以是终端的实体显示屏幕，也可以是视觉刺激产生的虚拟屏幕。把逼真的三维模型和用动作捕捉技术获取的模型的精准的动作数据集成在一起，利用AR技术把虚拟的老师带到学习者身边，把二维的示例展示转化为更为形象具体的三维动画，弥补了学习者视觉效果上的欠缺，该技术方案可支持多种呈现效果，如：视角自由，多角度观察，炫目效果等，增强了学生的学习积极性，而对示例细节的多角度的观察有利于学生的学习。

本发明实施例提供的生成方法中，接收步骤之前还包括识别步骤S0：识别集成有特征信息与标识图像的标识卡，获取对应于标识卡的三维模型。具体的，移动终端配有识别模块，识别模块能够识别集成有特征信息与标识图像的标识卡的标识卡，进而获取对应于标识卡的三维模型。标识卡为匹配有便于识别模块识别的特征元素以及绘制有角色的图像，即二维码与图片的结合信息。识别模块识别标识卡采用二维码扫描技术与图像识别技术，进一步的，光学字符识别(Optical Character Recognition，简称OCR)技术能够检查纸上打印的字符，通过检测暗、亮的模式确定其形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机文字，图片识别软件开打工具包(Software Development Kit，简称SDK)能够通过图片的识别分析获取信息，识别模块能够解决现有技术中识别视频、图片信息困难的问题。

本发明实施例提供的生成方法中，三维模型具体为：目标图像由三维扫描器拼接而生成的立体虚拟模型，目标图像为摄像机采集目标对象的图像获取的。参见图2，本发明实施例提供的生成方法中，三维模型构建的具体方法的流程图。进一步的，三维模型的构建方法为：

S211：摄像机采集目标对象的图像，获取目标图像。具体的，利用112台高精度相机捕捉目标对象的模型信息，避免使用红外光感技术，使得成像精度高，效果清晰。摄像机中的图像采集控制器实现对图像的远程同步采集与实时传输。控制器采用了合成芯片完成同步处理，能够实现在0.05秒以内完成三维扫描，创建目标对象模型。拍摄时每一个摄像机的快门键都采用该芯片传输连接，能够使用同一遥控器远程控制所有拍摄相机的快门键，以实现所有拍摄图像为同一时间取得的。采用前述芯片实现把每台摄像机上的电快门线、数据传输接口和电源线的三个接口全部都输出到唯一的一个通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)输出接口，该接口处理方式实现了3个输入接口到1个输出接口的转换。

S212：三维扫描器将目标图像进行拼接，生成扫描图像。具体的，步骤S211中的全部摄像机的USB接口连接到三维扫描器的电源及数据传输盒。三维扫描器对接收到的图像进行拼接，生成初步的三维人物模型。

S213：扫描图像处理器对扫描图像进行筛选合成处理，生成三维模型。具体的，扫描图像处理器装有Agisoft软件，能够将扫描图形生成三维模型。扫描图像处理器还装有Unity3D软件，能够对获得的三维模型进行优化处理，Unity3D中对模型的面数要求最大上限为65535面，其中，面为模型容量的最小计量单元，但前述三维扫描器生成的三维人物模型属于高精度模型，模型面数达到30至50万面数(其中包含三角面和四角面)，故需通过减面处理达到Unity3D的面数要求。因后续匹配动作数据的需要，故将三维模型的所有面转换为四角面并绑定骨骼。实现对模型的触摸控制旋转，扩大缩小，语音控制及交互，增强学习的趣味性和临场感，增强学习者的学习积极性。至此，具有目标对象特征的高质量三维模型构建完成，所生成的三维模型经过细化处理，真实的呈现了目标对象的立体结构。

本发明实施例提供的生成方法中，动作数据具体为：对跟踪器记录的目标对象的位置数据进行计算处理，生成的三维空间坐标数据。参见图3，本发明实施例提供的生成方法中，动作数据生成的具体方法的流程图。进一步的，动作数据的生成方法为：

S221：跟踪器记录目标对象的位置，生成目标对象的位置数据。具体的，对目标对象的关键部位用磁学传感或光学等动作捕捉设备获取其精准的动作数据，动作捕捉设备可以是跟踪器。其中，动作捕捉技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面的技术，所得的位置数据可由计算机直接解码处理。

S222：位置数据处理器对位置数据进行计算处理，生成动作数据。具体的，位置数据处理器装有运动捕捉系统，捕捉跟踪器位置的同时对位置数据进行计算处理得到三维空间坐标的数据。实现真人运动类动作数据的高精度还原，对于动作类教材的研究发展提供丰富可靠的科学数据。

该技术方案采用构建三维模型、动作捕捉技术及AR技术相结合的方式，丰富了教学的内容形式，使其具有趣味性，提高了用户的学习积极性，增强了实现过程的临场感，便于用户进行多角度的观察学习，改善了用户的使用体验。

实施例二：

参见图4，本发明实施例提供的基于增强现实技术的运动教材的终端的结构示意图。本发明实施例还提供一种基于增强现实技术的运动教材的终端100，包括：摄像模块120、数据处理模块130和输出模块140。

摄像模块120用于采集环境图景。具体的，用户所持有的移动终端配有能够进行拍照取景的摄像模块，当用户需要在当前场景使用辅助教材的三维动画时，可以通过上述的摄像模块进行环境图景的采集，使得虚拟的三维动画与现实的真实场景相结合，增强了播放过程中用户的临场感。

数据处理模块130用于接收具有动作数据的三维模型的三维动画，并将三维动画与环境图景结合。具体的，移动终端的数据处理模块通过数据传输的方式接收教学所需的三维动画，该动画的三维模型为具有人体基本骨骼结构的虚拟模型，便于学习者观察模仿，该模型可以是真人形象，也可以是虚拟的动漫角色形象。三维模型的动作数据为该模型在进行动画中的规定动作时，所捕捉到的位置数据，是学习者进行模仿学习的关键内容，三维动画的动作数据体现了动画的细节，其精度越精细，生成的三维动画的细节也就越全面，有利于提高学习者的观察学习效果。将三维动画与前述采集得到的环境图景相结合，实现了该三维模型以立体形式呈现在学习者所在的场景中，便于学习者的观察模仿。

输出模块140用于输出配有环境图景的三维动画。具体的，移动终端的显示器将前述三维动画展现出来，该终端可以是可穿戴设备，也可以是可移动的智能硬件终端，如智能手机，智能平板，智能电视等，其显示器可以是终端的实体显示屏幕，也可以是视觉刺激产生的虚拟屏幕。把逼真的三维模型和用动作捕捉技术获取的模型的精准的动作数据集成在一起，利用AR技术把虚拟的老师带到学习者身边，把二维的示例展示转化为更为形象具体的三维动画，弥补了学习者视觉效果上的欠缺，该技术方案可支持多种呈现效果，如：视角自由，多角度观察，炫目效果等，增强了学生的学习积极性，而对示例细节的多角度的观察有利于学生的学习。

本发明实施例提供的终端还包括识别模块110，识别模块110用于识别集成有特征信息与标识图像的标识卡的标识卡，获取对应于标识卡的三维模型。具体的，移动终端配有识别模块，识别模块能够识别集成有特征信息与标识图像的标识卡的标识卡，进而获取对应于标识卡的三维模型。标识卡为匹配有便于识别模块识别的特征元素以及绘制有角色的图像，即二维码与图片的结合信息。识别模块识别标识卡采用二维码扫描技术与图像识别技术，进一步的，OCR技术能够检查纸上打印的字符，通过检测暗、亮的模式确定其形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机文字，图片识别SDK能够通过图片的识别分析获取信息，识别模块能够解决现有技术中识别视频、图片信息困难的问题。

实施例三：

参见图5，本发明实施例提供的基于增强现实技术的运动教材生成系统的结构示意图。本发明实施例还提供的基于增强现实技术的运动教材生成系统，包括三维模型构建系统200、动作数据生成系统300和实施例二所提供的终端100。进一步的，三维模型构建系统用于构建三维动画中的三维模型，动作数据生成系统用于生成三维模型的动作数据。

本发明实施例所提供的三维模型构建系统200包括摄像机210、三维扫描器220和扫描图像处理器230。

摄像机210采集目标对象的图像，获取目标图像。具体的，利用112台高精度相机捕捉目标对象的模型信息，避免使用红外光感技术，使得成像精度高，效果清晰。

三维扫描器220将目标图像进行拼接，生成扫描图像。具体的，前述全部摄像机的USB接口连接到三维扫描器的电源及数据传输盒。三维扫描器对接收到的图像进行拼接，生成初步的三维人物模型。

扫描图像处理器230对扫描图像进行筛选合成处理，生成三维模型。具体的，扫描图像处理器装有Agisoft软件，能够将扫描图形生成三维模型。扫描图像处理器还装有Unity3D软件，能够对获得的三维模型进行优化处理，Unity3D中对模型的面数要求最大上限为65535面，其中，面为模型容量的最小计量单元，但前述三维扫描器生成的三维人物模型属于高精度模型，模型面数达到30至50万面数(其中包含三角面和四角面)，故需通过减面处理达到Unity3D的面数要求。因后续匹配动作数据的需要，故将三维模型的所有面转换为四角面并绑定骨骼。实现对模型的触摸控制旋转，扩大缩小，语音控制及交互，增强学习的趣味性和临场感，增强学习者的学习积极性。至此，具有目标对象特征的高质量三维模型构建完成，所生成的三维模型经过细化处理，真实的呈现了目标对象的立体结构。

本发明实施例所提供的动作数据生成系统300包括跟踪器310和位置数据处理器320。

跟踪器310记录目标对象的位置，生成目标对象的位置数据。具体的，对目标对象的关键部位用磁学传感或光学等动作捕捉设备获取其精准的动作数据，动作捕捉设备可以是跟踪器。其中，动作捕捉技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面的技术，所得的位置数据可由计算机直接解码处理。

位置数据处理器320对位置数据进行计算处理，生成动作数据。具体的，位置数据处理器装有运动捕捉系统，捕捉跟踪器位置的同时对位置数据进行计算处理得到三维空间坐标的数据。实现真人运动类动作数据的高精度还原，对于动作类教材的研究发展提供丰富可靠的科学数据。

本发明实施例所提供的摄像机还包括图像采集控制器，图像采集控制器用于图像的远程同步采集与实时传输。摄像机中的图像采集控制器实现对图像的远程同步采集与实时传输。控制器采用了合成芯片完成同步处理，能够实现在0.05秒以内完成三维扫描，创建目标对象模型。拍摄时每一个摄像机的快门键都采用该芯片传输连接，能够使用同一遥控器远程控制所有拍摄相机的快门键，以实现所有拍摄图像为同一时间取得的。采用前述芯片实现把每台摄像机上的电快门线、数据传输接口和电源线的三个接口全部都输出到唯一的一个USB输出接口，该接口处理方式实现了3个输入接口到1个输出接口的转换。

上述实施例在实施中，三维模型的构建方式还可以有多种选择，如：

方式一，上述三维模型采用3DMAX、MAYA等软件进行合成。

方式二，选取网络或数据库中现有的三维模型。

上述实施例在实施中，动作数据的生成方式还可以有多种选择，如：

方式一，上述三维模型采用3DMAX，MAYA等软件进行生成。

方式二，选取网络或数据库中现有的动作数据。

本发明实施例提供的终端，与上述实施例提供的基于增强现实技术的运动教材的终端具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的基于增强现实技术的三维动画生成方法、终端及系统中，首先，终端的摄像模块采集环境图景，其次，数据处理模块接收具有动作数据的三维模型的三维动画，并将三维动画与环境图景结合，其中，三维模型由系统中的三维模型构建系统构建，动作数据由系统中的动作数据生成系统生成，最后，输出模块输出配有环境图景的三维动画。该技术方案采用构建三维模型、动作捕捉技术及AR技术相结合的方式，丰富了教学的内容形式，使其具有趣味性，提高了用户的学习积极性，增强了实现过程的临场感，便于用户进行多角度的观察学习，改善了用户的使用体验，缓解了现有技术存在的内容形式单一，缺乏临场感，用户的使用感受差的技术问题。

本发明实施例所提供的基于增强现实技术的三维动画生成方法、终端及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。