[發明專利]一種虛實物體之間碰撞及遮擋檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201810628292.1
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108898676B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 陳成軍;張石磊;李東年;洪軍
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00
• 代理公司: 福州科揚專利事務所(普通合伙) 35001
• 代理人: 羅立君

本發明涉及一種虛實物體之間碰撞及遮擋檢測方法，首先建立世界坐標系，將虛擬三維模型定位在虛擬模型場景中；其次用物理深度相機拍攝真實環境深度圖像，利用方位跟蹤系統獲得物理深度相機的位置和方位；再次計算機端得到物理深度相機的三維方位，定義為第一方位；將虛擬深度相機置于第二方位，根據深度相機成像模型合成虛擬三維模型在虛擬深度相機上所成的第一合成深度圖像；計算第一合成深度圖像上各像素點在第一方位上的深度值，獲得第二合成深度圖像；最后利用第二合成深度圖像和真實環境深度圖像進行虛實物體之間的碰撞及遮擋檢測以及距離計算。本發明基于深度圖像并將深度圖像柵格化，進行碰撞及遮擋檢測，處理速度快，檢測準確。

技術領域

本發明涉及一種虛擬三維模型（計算機生成）與真實物體（物理環境）的碰撞干涉檢測和遮擋檢測方法及系統，屬于增強現實、信息物理融合系統領域。

背景技術

增強現實（Augmented Reality，AR）是指將計算機生成的虛擬模型、虛擬模型場景或虛擬提示信息疊加到真實場景中，從而實現對現實環境的增強。增強現實技術均有虛實結合、實時交互和三維注冊的特點。其中三維注冊一直是增強現實系統關鍵技術，是指把虛擬模型準確疊加到和真實場景上顯示，實現三維空間位置的一致性和視覺顯示的一致性。增強現實技術實現了虛擬模型和真實環境視覺的一致性，在增強現實仿真應用（如虛實裝配、基于增強現實的機器人路徑規劃）中，虛實模型的碰撞及遮擋檢測尤為重要。

公開號為CN102254346A的發明專利公布了《基于云計算的增強現實虛實碰撞檢測方法》，該方法通過提取關鍵幀的特征點；估計實際物體姿勢及運動，建立虛擬物體的包圍盒樹進行碰撞檢測。公開號為CN102194248A的發明專利《基于增強現實的虛實碰撞檢測及響應方法》，該方法對攝像頭獲得的實際物體進行預處理，估計實際物體姿勢和運動；然后根據虛擬物體質心到碰撞平面的位置關系進行虛實碰撞檢測。上述兩種方法都需要對實際物體進行姿態估計，需要有物體姿態的先驗數據。公開號CN105046710A的發明專利公布了《基于深度圖分割與代理幾何體的虛實碰撞交互方法及裝置》，該方法對深度圖像中的場景進行分割，并基于分割結果構建代理幾何體的方法來實現虛、實物體的碰撞交互的方法，同樣需要構建物體的包圍盒模型。

基于物體空間的碰撞及遮擋檢測多是用深度相機獲取真實物體的空間點云，將點云數據處理用包圍盒或者其他代理幾何體代替，與虛擬物體進行碰撞，這樣的方式計算量大，要求計算機硬件要求高，同時前期處理點云數據工作量大，如果包圍盒構建的不好，會導致的包圍盒緊密性比較差，會導致未發生碰撞而誤報發生碰撞。

綜上，無論是對物體的姿態進行估計還是構建物體的包圍盒模型都需要大量的計算時間，不適合虛實模型的實時碰撞及遮擋檢測。為此本發明提出一種物理深度相機和虛擬相機相結合并且直接利用深度圖像實現機器人虛實物體碰撞及遮擋檢測的系統及方法。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種虛實物體之間碰撞及遮擋檢測方法，是一種基于深度圖像的碰撞及遮擋檢測方法，將深度圖像柵格化，從整體到局部進行搜索碰撞區域，進行碰撞及遮擋檢測，其處理速度快，碰撞及遮擋檢測準確。

本發明提供還提供一種虛實物體之間碰撞及遮擋檢測系統。

技術方案一：

一種虛實物體之間碰撞及遮擋檢測方法，包括如下步驟：

步驟10、統一計算機端虛擬模型場景坐標系和真實環境坐標系，使虛實物體都在同一個世界坐標系下，然后將待檢測物體的虛擬三維模型定位在計算機端的虛擬模型場景中；

步驟20、在真實環境中物理深度相機拍攝真實環境深度圖像，同時，利用方位跟蹤系統獲得物理深度相機在世界坐標系中的位置和方位；