基于二維碼和增強現實技術的互動沙盤展示方法與流程

本發明屬于互動沙盤展示技術領域，具體涉及一種基于二維碼和增強現實技術的互動沙盤展示方法。

背景技術：

沙盤是一種模型，用于將地形地貌或建筑物小型化展示，從而方便人們觀察，目前，已廣泛應用在軍事和商業活動中。

然而，傳統沙盤主要為實體平面沙盤，雖然具有制作簡便的優點，但是，在展示效果以及觀眾體驗方面，仍然具有較大的局限性，已無法滿足人們的需求。

技術實現要素：

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種基于二維碼和增強現實技術的互動沙盤展示方法，可有效解決上述問題。

本發明采用的技術方案如下：

本發明提供一種基于二維碼和增強現實技術的互動沙盤展示方法，包括以下步驟：

步驟1，制作實體平面地圖沙盤，所述實體平面地圖沙盤包括多個二維實物模型；向每個所述二維實物模型的外表面固定二維碼標簽；其中，所述二維碼標簽與所述二維實物模型一一對應；

步驟2，對于每個所述二維實物模型，建立與其唯一對應的三維實物模型；對于每個所述三維實物模型，均進行以下處理：

步驟2.1，根據三維實物模型的對稱度，設定m個觀察視角，分別記為：P1、P2…Pm；其中，m為自然數，所述觀察視角是指：當將所述三維實物模型擺放到實體平面地圖沙盤的對應位置后，觀察點O1與三維實物模型的中心點O2的連線投影到二維碼標簽所在平面后，統一在二維碼標簽所在平面按統一規則建立XY坐標系后，O1-O2投影線在XY坐標系中與X軸正方向的夾角；

步驟2.2，在各個視察視角下分別拍攝所述三維實物模型，得到各個視察視 角下的三維模型圖片；其中，每張所述三維模型圖片綁定三個屬性，分別為：觀察視角、該三維模型圖片所對應的二維實物模型所固定的二維碼標簽ID以及對稱度描述信息；

步驟3，將所有三維實物模型所對應的各個觀察視角下的三維模型圖片存入三維模型圖片庫；

步驟4，移動終端對實體平面沙盤進行掃描，并對掃描到的每一幀圖像進行處理，判斷掃描到的圖像中是否存在至少一個二維碼圖像區域，如果存在，則執行步驟5；

步驟5，所述移動終端對掃描到的所述二維碼圖像區域進行進一步分析，得到二維碼標簽ID、二維碼圖像區域面積以及實際拍攝視角；

步驟6，移動終端在解算得到步驟5的實際拍攝視角后，以所述實際拍攝視角以及二維碼標簽ID為查詢關鍵詞，向所述服務器發送查詢請求；

步驟7，所述服務器查詢所述三維模型圖片庫，獲得與二維碼標簽ID相同的一組不同觀察視角下的三維模型圖片組，然后，綜合對稱度描述信息，從所述三維模型圖片組中篩選出與實際拍攝視角最接近的特定三維模型圖片；并根據所述二維碼圖像區域面積獲得對所述特定三維模型圖片進行縮放處理的縮放比例，然后，將所述特定三維模型圖片以及所述縮放比例發送給所述移動終端；

步驟8，所述移動終端根據所述縮放比例對所述特定三維模型圖片進行縮放處理后，將縮放處理后的三維模型圖片顯示到移動終端掃描視野所掃描到的對應二維碼標簽位置。

優選的，步驟2.1中，如果所述三維實物模型為不規則模型，則共設置8個觀察視角，分別為：27.5度、72.5度、117.5度、162.5度、207.5度、252.5度、297.5度和342.5度；

如果所述三維實物模型為中心對稱模型，則共設置1個觀察視角，為45度；

如果所述三維實物模型為軸對稱模型，則共設置2個觀察視角，分別為45度和135度。

優選的，步驟2.1中，觀察點O1與三維實物模型的中心點O2的連線投影到水平面后，O1-O2連線與水平面的夾角為45度，并且，觀察點O1位于三維實物模 型的上方。

優選的，步驟4具體為：

步驟4.1，移動終端對掃描到的圖像依次進行灰度變化、圖像濾波、降噪和二值化處理；

步驟4.2，對經步驟4.1處理后的二值化圖像進行圖像識別，識別得到若干個位置探測圖形；

步驟4.3，根據屬于同一二維碼的三個位置探測圖形所組成的面積最小的原則，對識別到的若干個位置探測圖形進行聚類分割處理，由此劃分得到若干個二維碼圖像。

優選的，步驟5具體為：

步驟5.1，對于識別到的每個所述二維碼圖像，在所述二維碼圖像所在平面按統一規則建立XY坐標系；

步驟5.2，將攝像機位置A到二維碼圖像的中心位置B所組成的直接AB投影到步驟5.1所建立的XY坐標系，讀取投影線與X軸正方向的夾角，該夾角即為實際拍攝視角。

優選的，步驟7中，縮放比例通過以下原則得到：

如果二維碼圖像區域面積大于設定面積值，則對特定三維模型圖片進行放大處理，并且，隨著二維碼圖像區域面積的增大，放大倍數相應增大；

如果二維碼圖像區域面積小于設定面積值，則對特定三維模型圖片進行縮小處理，并且，隨著二維碼圖像區域面積的減小，縮小倍數相應增大。

優選的，步驟8之后，還包括：

步驟9，對于每個二維碼標簽ID，還綁定有URL鏈接，該URL鏈接所對應的網頁為對應建筑物的文字、圖片及音視頻介紹信息；

步驟10，當已顯示到二維碼標簽位置的三維模型圖片被點擊后，移動終端自動重定向到URL鏈接所對應的網頁。

本發明提供的基于二維碼和增強現實技術的互動沙盤展示方法具有以下優點：

(1)參觀人員手持移動終端，啟動APP后掃描實體平面地圖沙盤所粘貼的 二維碼標簽，此時，可將拍攝視野內所有二維碼標簽所對應的建筑物三維模型顯示到對應位置，實現真實場景與虛擬場景結合的顯示模式；另外，每個二維碼標簽還綁定有建筑物說明介紹信息，當所顯示的建筑物三維模型被點擊后，能夠以web模式顯示該建筑物的說明介紹，并通過解說語音實現自助導游，由此全面增強參觀人員的參觀體驗；

(2)還具有算法實現過程簡單的優點，可加快移動終端對建筑物三維模型的顯示速度，進一步增強參觀人員的參觀體驗。

附圖說明

圖1為本發明提供的基于二維碼和增強現實技術的互動沙盤展示方法的流程示意圖；

圖2為本發明提供的一種XY坐標系的建立方法示意圖；

圖3為本發明提供的不規則模型設置8個觀察視角的示意圖；

圖4為本發明提供的軸對稱模型設置2個觀察視角的示意圖；

圖5為本發明提供的8個觀察視角的標注示意圖。

具體實施方式

為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明提供一種基于二維碼和增強現實技術的互動沙盤展示方法，應用于由帶有二維碼標簽的實體平面地圖沙盤、智能移動終端(手機、平板電腦)和服務器組成的系統中，本發明是一種實時地計算移動手持設備攝影頭影像視野內拍攝到的二維碼實時的位置及角度，并結合相應圖像的技術，在屏幕上將虛擬三維模型套在現實世界并進行互動，增強了用戶的沉浸感。本發明主要思路為：

對需要展示的建筑三維模型以及文字、圖像、視頻等介紹信息匯總和整理后，建立相關的數據庫，并上傳至服務器。

在實體平面地圖沙盤的每個二維實物模型的外表面固定二維碼標簽；

C/S架構下，在智能移動終端(智能手機、平板電腦)開發展示專用App， 參觀人員啟動App軟件后，可以自動激活設備攝像頭，鏡頭對實體平面地圖沙盤進行掃描，對于掃描到的每個二維碼標簽，App軟件根據視野內二維碼信息，向服務器發送建筑三維模型以及介紹信息的查詢請求，App軟件在接收到服務器返回的建筑三維模型以及介紹信息后，利用增強現實技術，在二維碼標簽位置顯示對應建筑的三維模型，實現真實場景與虛擬場景結合的顯示模式，使平面的航拍的實體平面地圖沙盤轉化為增強現實沙盤；對于參觀者感興趣的建筑物，參觀者可以單擊建筑物三維模型，APP軟件便以web模式顯示該建筑的具體文字、圖片和視頻介紹信息，并通過解說語音實現自助導游，由此全面提高參考觀的參觀體驗。

具體實現方式包括以下步驟：

步驟1，制作實體平面地圖沙盤，所述實體平面地圖沙盤包括多個二維實物模型；向每個所述二維實物模型的外表面固定二維碼標簽；其中，所述二維碼標簽與所述二維實物模型一一對應；

步驟2，對于每個所述二維實物模型，建立與其唯一對應的三維實物模型；對于每個所述三維實物模型，均進行以下處理：

步驟2.1，根據三維實物模型的對稱度，設定m個觀察視角，分別記為：P1、P2…Pm；其中，m為自然數，所述觀察視角是指：當將所述三維實物模型擺放到實體平面地圖沙盤的對應位置后，觀察點O1與三維實物模型的中心點O2的連線投影到二維碼標簽所在平面后，統一在二維碼標簽所在平面按統一規則建立XY坐標系后，O1-O2投影線在XY坐標系中與X軸正方向的夾角；

另外，觀察點O1與三維實物模型的中心點O2的連線投影到水平面后，O1-O2連線與水平面的夾角為45度，并且，觀察點O1位于三維實物模型的上方。此處限定主要原因為：由于參考者手持移動終端掃描實體平面地圖沙盤時，參考者通常位于實體平面地圖沙盤的斜上方，所以，為了提高三維模型展示的逼真性，在制作不同視角下的三維模型圖片時，觀察視點同樣設定在三維實物模型的上方，即：為斜向上45度位置。

另外，二維碼標簽所在平面按統一規則建立XY坐標系的方法多樣，參考圖2，為一種XY坐標系的建立方法示意圖。本發明對如何建立XY坐標系并不限制， 只要保證本步驟所建立的XY坐標系和后續步驟5.1所建立的XY坐標系一致即可。

步驟2.2，在各個視察視角下分別拍攝所述三維實物模型，得到各個視察視角下的三維模型圖片；其中，每張所述三維模型圖片綁定三個屬性，分別為：觀察視角、該三維模型圖片所對應的二維實物模型所固定的二維碼標簽ID以及對稱度描述信息；

本步驟中，根據三維實物模型的對稱度不同，設置不同的觀察視角，具體可采用以下方式：

如果所述三維實物模型為不規則模型，則共設置8個觀察視角，如圖3所示，為不規則模型設置8個觀察視角的示意圖；如圖5所示，為8個觀察視角的標注示意圖，分別為：27.5度、72.5度、117.5度、162.5度、207.5度、252.5度、297.5度和342.5度；

如果所述三維實物模型為中心對稱模型，則共設置1個觀察視角，為45度；

如果所述三維實物模型為軸對稱模型，則共設置2個觀察視角，如圖4所示，為軸對稱模型設置2個觀察視角的示意圖，分別為45度和135度。

本步驟中，根據三維實物模型對稱度的不同，建立不同的觀察視角，主要原因為：由于具有對稱度的三維實物模型，其在相對稱的兩個面的形狀相同或相對稱，因此，對于軸對稱的三維實物模型，假設其左側面和右側面對稱，那么，只需要將左側面的圖片存儲到數據庫即可，后續步驟中，當觀察視角朝向右側面時，只需要通過對左側面進行對稱變換，即可呈現右側面，由此可降低數據庫存儲空間。

當然，根據觀察精度的要求不同，也可以設置其他數量的觀察視角，本發明對此并不限制。

步驟3，將所有三維實物模型所對應的各個觀察視角下的三維模型圖片存入三維模型圖片庫；

步驟4，移動終端對實體平面沙盤進行掃描，并對掃描到的每一幀圖像進行處理，判斷掃描到的圖像中是否存在至少一個二維碼圖像區域，如果存在，則執行步驟5；

本步驟具體為：

步驟4.1，移動終端對掃描到的圖像依次進行灰度變化、圖像濾波、降噪和二值化處理；

步驟4.2，對經步驟4.1處理后的二值化圖像進行圖像識別，識別得到若干個位置探測圖形；

同一個二維碼圖像有三個位置探測圖形，位置探測圖形為二維碼圖像三個角點位置的方形黑色單元。

步驟4.3，根據屬于同一二維碼的三個位置探測圖形所組成的面積最小的原則，對識別到的若干個位置探測圖形進行聚類分割處理，由此劃分得到若干個二維碼圖像。

步驟5，所述移動終端對掃描到的所述二維碼圖像區域進行進一步分析，得到二維碼標簽ID、二維碼圖像區域面積以及實際拍攝視角；

本步驟具體為：

步驟5.1，對于識別到的每個所述二維碼圖像，在所述二維碼圖像所在平面按統一規則建立XY坐標系；

步驟5.2，將攝像機位置A到二維碼圖像的中心位置B所組成的直接AB投影到步驟5.1所建立的XY坐標系，讀取投影線與X軸正方向的夾角，該夾角即為實際拍攝視角。

步驟6，移動終端在解算得到步驟5的實際拍攝視角后，以所述實際拍攝視角以及二維碼標簽ID為查詢關鍵詞，向所述服務器發送查詢請求；

步驟7，所述服務器查詢所述三維模型圖片庫，獲得與二維碼標簽ID相同的一組不同觀察視角下的三維模型圖片組，然后，綜合對稱度描述信息，從所述三維模型圖片組中篩選出與實際拍攝視角最接近的特定三維模型圖片；并根據所述二維碼圖像區域面積獲得對所述特定三維模型圖片進行縮放處理的縮放比例，然后，將所述特定三維模型圖片以及所述縮放比例發送給所述移動終端；

其中，縮放比例通過以下原則得到：

如果二維碼圖像區域面積大于設定面積值，則對特定三維模型圖片進行放大處理，并且，隨著二維碼圖像區域面積的增大，放大倍數相應增大；

如果二維碼圖像區域面積小于設定面積值，則對特定三維模型圖片進行縮小處理，并且，隨著二維碼圖像區域面積的減小，縮小倍數相應增大。

根據二維碼圖像區域面積對三維模型圖片進行縮放處理，可實現距離參觀者視線越近的平面模型，顯示更大的三維模型圖片；而距離參考者視線越遠的平面模型，顯示更小的三維模型圖片，提高參觀者參觀的逼真體驗。

步驟8，所述移動終端根據所述縮放比例對所述特定三維模型圖片進行縮放處理后，將縮放處理后的三維模型圖片顯示到移動終端掃描視野所掃描到的對應二維碼標簽位置。

步驟8之后，還包括：

步驟9，對于每個二維碼標簽ID，還綁定有URL鏈接，該URL鏈接所對應的網頁為對應建筑物的文字、圖片及音視頻介紹信息；

步驟10，當已顯示到二維碼標簽位置的三維模型圖片被點擊后，移動終端自動重定向到URL鏈接所對應的網頁。

由此可見，本發明提供的基于二維碼和增強現實技術的互動沙盤展示方法具有以下優點：

(1)參觀人員手持移動終端，啟動APP后掃描實體平面地圖沙盤所粘貼的二維碼標簽，此時，可將拍攝視野內所有二維碼標簽所對應的建筑物三維模型顯示到對應位置，實現真實場景與虛擬場景結合的顯示模式；另外，每個二維碼標簽還綁定有建筑物說明介紹信息，當所顯示的建筑物三維模型被點擊后，能夠以web模式顯示該建筑物的說明介紹，并通過解說語音實現自助導游，由此全面增強參觀人員的參觀體驗；

(2)還具有算法實現過程簡單的優點，可加快移動終端對建筑物三維模型的顯示速度，進一步增強參觀人員的參觀體驗。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發明的保護范圍。