一種基于虛擬現實技術的真實環境映射系統的制作方法

本發明涉及一種現實環境映射系統，尤其是涉及一種基于虛擬現實技術的真實環境映射系統。

背景技術：

地圖作為人類認識世界、描繪世界的工具，長久以來不斷積累、持續發展。初期的地圖受限于載體特性，單幅地圖所能表現的信息量較小，常常需要依靠繪圖比例的調整來描繪不同尺度下的地形地貌。隨著信息技術的發展，以Google地球為代表的電子地圖展示了長足的發展，電子地圖可以輕易的無縫顯示不同尺度下的地表信息，三維模型的導入可以全面展示城市面貌，“街景”功能可以為用戶提供從人的視角體驗城市景色。各大供應商也把地圖看作一個“信息接口”，不斷地針對電子地圖疊加信息。目前的電子地圖除了可以完成對地形地貌城市環境的描述功能以外，普遍實現了出行信息、定位導航、交通流量信息、公共交通信息、商鋪營業信息、租車服務、外賣服務等各類信息的對接，從而打通各個信息孤島，不斷推進大信息的融合進程。微軟公司擁有的“虛擬地球”專利(申請號：201110038908.8)就是基于以上內容進行了專利描述。該專利描述了增強型電子地圖，通過不斷對已有地圖系統內疊加信息源，從而解決目前互聯網中的“信息孤島”問題。但該系統不涉及準確的自然環境實時描繪和建筑物內部空間描述，在提高使用者“沉浸感”方面并沒有提出解決方案。因此，目前為止的電子地圖在實時描述真實世界方面存在巨大的缺陷，無法提供給使用人群足夠的沉浸感。

為了解決上述缺陷，現有一些專利做了相關研究，如：

(1)“一種用于生成環境地圖的方法”(申請號：201080058471.8)涉及一種用于生成表示真實環境的光照信息的環境地圖的方法，但該發明僅涉及光照明亮信息，無法對其他環境參數給予相應的處理，不能給使用者提供真實感。

(2)“利用真實數據來驅動仿真的虛擬環境的方法和系統”(申請號：01210495604.9)描述了在小空間中對人的動作、物體的形狀、位置等信息實時渲染至虛擬現實環境中的方法和處理流水線，該發明并未涉及到對環境參數，無法對地球環境、氣候、地理信息進行真實再現。

(3)“一種構建虛擬街景地圖的方法”(申請號：201610034133.X)描述的是在目前已有的全景地圖中導入相關聯信息的方法，但該發明也不涉及環境參數的精確渲染。

(4)關于與仿真虛擬環境中的真實的和虛擬的數據的可視化和交互方面也有一些相關專利，主要包括利用真實數據來驅動仿真的虛擬環境的方法。如：提供包括虛擬場景中的多個虛擬對象的仿真虛擬環境，將與真實場景的一個以上的真實對象相關的獲取到的數據提供到虛擬環境，將獲取到的數據分配給相應的虛擬對象，更新虛擬場景中的多個虛擬對象，和渲染仿真的虛擬環境的虛擬場景，其中相對于提供獲取到的數據，實時地渲染虛擬場景等。

建筑與城市規劃領域的本質是探討人與自然環境之間的空間關系。長久以來，人類在空間中的移動受空間維度限制，同時處于不同空間地點的兩者，如果不借助廣義上的“工具”，將無法完成瞬間交流。人們的交流經歷了書信、電報、電郵、即時信息、即時音頻、即時視頻的階段，目前已經進入到VR領域。隨著VR技術的發展，“自然環境”的概念也隨之逐步改變。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于虛擬現實技術的真實環境映射系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于虛擬現實技術的真實環境映射系統，包括：

現實環境模擬服務器，用于生成帶有現實環境參數精確映射的虛擬環境模型；

遠程環境參數采集裝置，用于采集所述虛擬環境模型所需的實時環境參數信息，所述實時環境參數信息包括實時視頻信息、實時音頻信息、實時氣候信息和實時光環境參數信息；

信息傳輸及轉化設備，用于實現所述現實環境模擬服務器和遠程環境參數采集裝置的通信，將所述實時環境參數信息實時傳輸給現實環境模擬服務器；

可穿戴設備，與現實環境模擬服務器連接，用于根據所述虛擬環境模型生成基于VR技術的虛擬環境，實現與使用者的互動。

所述現實環境模擬服務器包括：

基底VR模型生成模塊，用于根據真實世界信息生成一基底VR模型，該基底VR模型為一適用于VR端口顯示的、使用者可進入任一虛擬空間的基底模型，所述真實世界信息包括地理地貌信息、經緯度信息、太陽運行軌道信息、自然光環境信息、建筑信息、建筑內部空間、道路信息和景觀信息；

通信及信息處理端口，實現與信息傳輸及轉化設備和可穿戴設備的連接，用于接收實時環境參數信息和與使用者的互動信息并處理。

所述通信及信息處理端口包括：

視頻信息處理端口，用于接收實時視頻信息，并對所述實時視頻信息進行分析與轉化，疊加入所述基底VR模型中；

音頻信息處理端口，用于接收實時音頻信息，并對所述實時音頻信息進行分析與轉化，疊加入所述基底VR模型中；

光環境信息處理端口，用于接收實時光環境參數信息，并對所述實時光環境參數信息進行分析與轉化，轉化為知覺信息；

氣候信息處理端口，用于接收實時氣候信息，并對所述實時氣候信息進行分析與轉化，轉化為知覺信息；

用戶體驗端口，與可穿戴設備連接，將疊加實時環境參數信息的基底VR模型進行VR顯示，將所述知覺信息反饋給使用者，并接收使用者的定位信息和動作捕捉信息。

所述用戶體驗端口還連接有支付平臺。

所述可穿戴設備包括：

VR設備，用于顯示由疊加實時環境參數信息的基底VR模型生成的虛擬環境，并接收使用者的定位信息和動作捕捉信息發送給服務器；

可穿戴式體感設備，用于將服務器產生的知覺信息反饋給使用者，產生相應知覺刺激。

所述VR設備包括顯示設備和操作桿。

使用者通過辯識空間標識瞬間到達所述虛擬環境中的某一對應虛擬空間。

與現有技術相比，本發明通過實時描繪的線上真實世界(包括地理氣候及時間刻度)，突破目前電子地圖的瓶頸，極大提高使用者的沉浸感，并通過線上自然環境及空間影響使用者的行為模式、生理節律及心理情緒，從而大大拓展了人類的線上生活空間。本發明可以解決包括但不限于以下場景問題，取得有益效果：

1)使用者可通過辨識空間標識(例如二維碼)，瞬間到達特定虛擬空間，進而節省公共交通資源，改變城市交通現狀，節約個體時間成本；

2)現實空間中的移動極度低效，虛擬出行可以改變交通組織形態，顛覆城市空間組織結構；

3)消除現實極端氣候對空間移動的影響；

4)可以極大節約移動能耗成本；

5)可以極大緩解環境污染；

6)解決有行動障礙的人群(例如：生理殘疾、老年人退行性病變等)的出行問題。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明現實環境模擬服務器的結構示意圖；

圖3為本發明整體原理示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1、圖3所示，本實施例提供一種基于虛擬現實技術的真實環境映射系統，包括現實環境模擬服務器1、遠程環境參數采集裝置2、信息傳輸及轉化設備4和客戶端3，其中，現實環境模擬服務器1用于生成帶有現實環境參數精確映射的虛擬環境模型，為一套高速接受及處理實時信息的設備，包括但不限于電腦、路由器、網線等；遠程環境參數采集裝置2用于采集虛擬環境模型所需的實時環境參數信息，實時環境參數信息包括實時視頻信息、實時音頻信息、實時氣候信息和實時光環境參數信息；信息傳輸及轉化設備4用于實現現實環境模擬服務器1和遠程環境參數采集裝置2的通信，編碼成本系統軟件設備可讀取的格式，將實時環境參數信息實時傳輸給現實環境模擬服務器1，本實施例中，信息傳輸及轉化設備4為超高速信息傳輸及轉化設備；客戶端3為可穿戴設備，與現實環境模擬服務器1連接，用于根據虛擬環境模型生成基于VR技術的虛擬環境，實現與使用者的互動。

如圖2所示，現實環境模擬服務器1包括基底VR模型生成模塊11和通信及信息處理端口。基底VR模型生成模塊11用于根據真實世界信息生成一基底VR模型，該基底VR模型為一適用于VR端口顯示的、使用者可進入任一虛擬空間的基底模型，真實世界信息包括地理地貌信息、經緯度信息、太陽運行軌道信息、自然光環境信息、建筑信息、建筑內部空間、道路信息和景觀信息。基底VR模型是在現有地圖基礎上，疊加了的地球的地形地貌、城市空間、建筑(含內部信息)、道路等的，含經緯度信息的三維電子模型；根據太陽運行理論及地球氣候特征，將相關信息及數據固化到該電子模型中，得到適用于VR端口顯示基底模型，并可根據現實世界的變化實時更新，使用者通過辯識空間標識瞬間到達虛擬環境中的某一對應虛擬空間。

通信及信息處理端口實現與信息傳輸及轉化設備4和可穿戴設備的連接，用于接收實時環境參數信息和與使用者的互動信息并處理。通信及信息處理端口包括：

視頻信息處理端口12，用于接收實時視頻信息，并對實時視頻信息進行分析與轉化，疊加入基底VR模型中。該端口允許視頻信息導入基底VR模型，通過對視頻采集設備獲得的實時信息進行分析處理(根據相關領域的研究成果)，轉化成該端口可讀的參數(如人、車流量，人的面部信息，動作行參數，顏色參數等)，導入基底VR模型，增強該模型的擬真度。

音頻信息處理端口13，用于接收實時音頻信息，并對實時音頻信息進行分析與轉化，疊加入基底VR模型中。該端口允許音頻信息導入基底VR模型，通過對音頻采集設備獲得的實時信息進行分析處理(根據相關領域的研究成果)，轉化成該端口可讀的參數(如，音軌數量、各音軌的分貝量等)，導入基底VR模型，以實現基底模型對聲音的模擬。

光環境信息處理端口14，用于接收實時光環境參數信息，并對實時光環境參數信息進行分析與轉化，轉化為知覺信息。該端口允許光環境信息導入基底VR模型，通過對光環境參數采集設備獲得的實時信息(如，照度、亮度、色溫等)進行分析處理(根據相關領域的研究成果)，轉化成該端口可讀的參數，導入基底VR模型，增強該模型的擬真度。

氣候信息處理端口15，用于接收實時氣候信息，并對實時氣候信息進行分析與轉化，轉化為知覺信息。該端口根據實時氣候參數，導入基底VR模型，使得基底VR模型能反應各個區域的氣候特征。

用戶體驗端口16，與可穿戴設備連接，將疊加實時環境參數信息的基底VR模型進行VR顯示，將知覺信息反饋給使用者，并接收使用者的定位信息和動作捕捉信息。用戶體驗端口16還可連接有支付平臺，實現購物等操作。

可穿戴設備包括VR設備和可穿戴式體感設備33。VR設備包括顯示設備31和操作桿32，顯示設備31用于顯示由疊加實時環境參數信息的基底VR模型生成的虛擬環境，操作桿32接收使用者的定位信息和動作捕捉信息發送給服務器，實現某些運動及身體動作。可穿戴式體感設備33用于將服務器產生的知覺信息反饋給使用者，產生相應知覺刺激。VR設備使用前需要經過校準，本實施例基于前期實驗得出的被試對現實場景與該設備產生的虛擬場景的評價的差異系數，通過多種系數(如眩暈感、臨場感等系數)對設備進行調整，提高設備的擬真度。

遠程環境參數采集裝置2整合了多種組件，以實現對環境信息的全面采集，滿足高擬真度VR視頻渲染的需求，相關參數的分析轉化方法根據前期研究成果實現。本設備包括但不限于以下組件：1)視頻信息采集組件21，采集實時視頻信息；2)音頻信息采集組件22，采集實時音頻信息；3)溫濕度測量組件23，采集實時溫濕度信息；4)人流信息記錄組件24，采集實時人流信息；5)光環境參數采集組件25，采集實時光環境參數信息。

表1顯示了本實施例基于虛擬現實技術的真實環境映射系統的軟件和硬件結構。

表1

對外，上述現實環境參數精確映射系統可對自然環境進行準確地描述，這里的自然環境包括且不限于某地的地理氣候，時間刻度(太陽高度角、空間亮度分布、實時大氣狀況)等內容。對內，本系統能完成對建筑物室內空間的描述，例如：1)使用者進入某一個購物空間，完成購物行為；2)使用者進入某一個展示空間，觀看一場演唱會；3)使用者進入某一個交流空間，完成一次交流行為，在線上環境(地理氣候、時間刻度)完成遠程空間環境體驗；4)使用者進入某一個休憩空間，完成一場度假旅行等。本系統能夠提供給使用人群足夠的沉浸感，同時也可以通過自然環境(例如光環境)影響使用人群的行為模式、生理節律及心理情緒。

該系統可以為用戶提供高與現實世界高度擬真的虛擬場景，可以解決普通VR場景無法解決的問題。如，用戶計劃假期旅游，他可以使用該設備，進入想旅游的地點，如雅典；可以通過頭戴式顯示設備看到高度還原的當下雅典的情況，可以在街道上行走，看到雅典具體的店鋪，實時的環境、天氣情況。也可以通過體感設備感受雅典的溫濕度等信息。通過環境參數高擬真度的虛擬體驗，幫助用戶選擇旅游地點，制作旅游計劃。