移動設(shè)備的虛擬球模擬及控制的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種移動設(shè)備的虛擬球模擬及控制的方法，包括：使用所述移動設(shè)備的圖像采集部件采集圖像，以獲取連續(xù)圖像序列；對圖像內(nèi)容進(jìn)行分析；所述虛擬球在所采集的圖像序列中按照特定規(guī)則與圖像內(nèi)容及用戶進(jìn)行交互；以及在所述移動設(shè)備的屏幕上顯示交互結(jié)果。
【專利說明】移動設(shè)備的虛擬球模擬及控制的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人機(jī)交互中的增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)，更具體地，本發(fā)明涉及移動設(shè)備的虛擬 球模擬及控制的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展，在移動設(shè)備上設(shè)計開發(fā)增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)對增強(qiáng)現(xiàn)實技 術(shù)的推進(jìn)和發(fā)展具有重要意義。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)⑻摂M信息與現(xiàn)實場景結(jié)合起來，增強(qiáng) 用戶身臨其境的感覺。通過傳感器或攝像機(jī)屏幕可以捕捉到用戶的動作命令。
[0003] 傳統(tǒng)的基于計算機(jī)的人機(jī)交互系統(tǒng)都是依靠鼠標(biāo)、鍵盤實現(xiàn)的，但在移動設(shè)備上 的增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)，通過鍵盤實現(xiàn)交互很容易發(fā)生抖動，使交互精度受到很大影響。在現(xiàn)實生 活中，人通過視覺、觸覺和力覺可以用手任意操縱空間中的諸如球的真實物體，人的雙手已 經(jīng)成為人類與第三方世界交流最直觀、最自然和最現(xiàn)實的媒介。
[0004] 然而，在現(xiàn)有技術(shù)中的人與球之間的互動基本分為以下兩種：（1)人與實物球之 間的互動；（2)利用諸如紅外檢測器等特殊物理檢測裝置捕捉人的位置來實現(xiàn)與虛擬球的 互動。
[0005] 因此，需要一種在不需要額外設(shè)備的情況下容易地實現(xiàn)用戶與虛擬球的虛擬球模 擬和控制裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種移動設(shè)備的虛擬球模擬及控制的方法，包 括：使用所述移動設(shè)備的圖像采集部件采集圖像，以獲取連續(xù)圖像序列；對圖像內(nèi)容進(jìn)行 分析；所述虛擬球在所采集的圖像序列中按照特定規(guī)則與圖像內(nèi)容及用戶進(jìn)行交互；以及 在所述移動設(shè)備的屏幕上顯示交互結(jié)果。
[0007] 優(yōu)選地，對圖像內(nèi)容進(jìn)行分析的步驟進(jìn)一步包括：計算所述虛擬球附近的圖像邊 緣；計算碰撞速度和方向；更新所述虛擬球的位置；以及顯示所述虛擬球。
[0008] 優(yōu)選地，所述交互規(guī)則包括以下中的至少一個：球與圖像中顏色邊界進(jìn)行剛體碰 撞；球與屏幕左、右、下邊界進(jìn)行剛體碰撞；球在屏幕中，受到自屏幕上方堅直向屏幕下方 的虛擬重力場作用，向屏幕下方"掉落";球與用戶手指發(fā)生剛體碰撞，碰撞時考慮球與手指 碰撞的角度、力度；球可向上飛出屏幕范圍，飛出屏幕范圍后，僅做向屏幕下方的自由落體 運動；僅考慮球的下半部分與圖像內(nèi)容及用戶手指的碰撞。
[0009] 優(yōu)選地，計算所述虛擬球附近的圖像邊緣的步驟進(jìn)一步包括：將輸入圖像轉(zhuǎn)為灰 度圖；計算所述虛擬球下半部分灰度直方圖；用所述直方圖生成灰度概率圖；以及將所生 成的概率圖作為邊緣判斷依據(jù)。
[0010] 優(yōu)選地，所述圖像邊緣是灰度概率不同的區(qū)域交界。
[0011] 優(yōu)選地，所述碰撞速度在橫縱兩個方向上的速度相互獨立，并且橫向速度與橫方 向接觸點到所述虛擬球球心的距離成正比，縱向速度與縱方向上接觸點到球心的距離成反 比。
[0012] 根據(jù)本公開和附圖的下面的詳細(xì)描述，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說其它的目 的、特征、以及優(yōu)點將是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 附圖圖示了本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖 中：
[0014] 圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的虛擬球模擬及控制的方法。
[0015] 圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的應(yīng)用場景示意圖。
[0016] 圖3圖示了如何實現(xiàn)圖1中的圖像內(nèi)容分析的流程圖。
[0017] 圖4圖示了如何計算球附近的圖像邊緣的流程圖。
[0018] 圖5圖示了當(dāng)沒有其他物體進(jìn)入球體范圍時的灰度圖。
[0019] 圖6圖示了當(dāng)有其他物體進(jìn)入球體范圍時的灰度圖。

【具體實施方式】
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的實施例公開了一種移動設(shè)備的虛擬球模擬及控制的方法。在以下描 述中，為了說明的目的，闡述了多個具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的實施例的全面理解。然而， 對于本領(lǐng)域人員顯而易見的是，本發(fā)明的實施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實現(xiàn)。
[0021] 本發(fā)明采用常見的消費級圖像采集設(shè)備（諸如手機(jī)、平板電腦、家用攝像頭）捕捉 普通圖像，并利用圖像智能分析結(jié)果來產(chǎn)生人與虛擬球的互動效果。具體來說，本發(fā)明公開 了一種利用圖像采集裝置（如攝像頭）獲取圖像信息，利用計算裝置（如PC，手機(jī)，平板電 腦等）生成虛擬球，同時利用圖像處理方法智能分析獲取到的圖像內(nèi)容，并以此為依據(jù)與 虛擬球進(jìn)行交互，最終將交互結(jié)果及圖像顯示在顯示設(shè)備（如手機(jī)，顯示器等）上的系統(tǒng)。
[0022] 圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的虛擬球模擬及控制的方法100。該方法100主 要包括三個步驟：圖像采集、圖像內(nèi)容分析和交互結(jié)果顯示。
[0023] 具體地，在圖像采集中，利用常見圖像采集設(shè)備（如手機(jī)，臺式PC攝像頭）獲取到 連續(xù)圖像序列。圖像采集設(shè)備可以移動，不影響虛擬球的交互效果。
[0024] 在圖像內(nèi)容分析中，本發(fā)明假設(shè)虛擬球在采集到的圖像序列中按一定規(guī)則與圖像 內(nèi)容及用戶進(jìn)行交互，下面以虛擬顛球為例進(jìn)行介紹。須注意的是，虛擬顛球僅作為說明， 介紹虛擬球如何與圖像內(nèi)容及用戶進(jìn)行交互，不作為對本發(fā)明在實施例上的限制，任何包 含虛擬球與圖像及用戶的交互應(yīng)用都屬于本發(fā)明所屬范圍。
[0025] 圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的應(yīng)用場景示意圖。如圖2所示，用戶手持設(shè)備 (如手機(jī)），攝像頭對準(zhǔn)某一場景S，顯示屏幕面向用戶，用戶手指進(jìn)入圖像采集設(shè)備（諸如 手機(jī)攝像頭）所面向的場景S，與虛擬顛球進(jìn)行交互，交互規(guī)則如下：
[0026] (1)球與圖像中顏色邊界進(jìn)行剛體碰撞；
[0027] (2)球與屏幕左、右、下邊界進(jìn)行剛體碰撞；
[0028] (3)球在屏幕中，受到自屏幕上方堅直向屏幕下方的虛擬重力場作用，向屏幕下方 "掉落"；
[0029] (4)球與用戶手指發(fā)生剛體碰撞，碰撞時考慮球與手指碰撞的角度、力度；
[0030] (5)球可向上飛出屏幕范圍，飛出屏幕范圍后，僅做向屏幕下方的自由落體運動；
[0031] (6)僅球的下半部分考慮與圖像內(nèi)容及用戶手指的碰撞，球上半部分不考慮；
[0032] (7) "球"僅作為口頭常用語用來稱呼虛擬球體，其實際上在屏幕上顯示的是一個 正圓形。
[0033] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，任意一種滿足功能的交互設(shè)備及基于圖像處理的交互方 式都包含在本發(fā)明的交互方式中，如本發(fā)明中使用的虛擬球并不限于虛擬顛球，其他諸如 可以是虛擬冰壺球，虛擬乒乓球，籃球等。
[0034] 圖3圖示了如何實現(xiàn)圖1中的圖像內(nèi)容分析的流程圖。在步驟31中，輸入下一幀 圖像。在步驟32中，計算球附近的圖像邊緣。在步驟33中，計算碰撞速度和方向。在步驟 34中，更新球的位置。在步驟35中，顯示所述球。在步驟36中，判斷圖像內(nèi)容分析是否結(jié) 束。如果是，則該流程結(jié)束。如果不是，則該流程返回步驟31。
[0035] 計算球附沂的圖像邊緣
[0036] 圖4圖示了如何計算球附近的圖像邊緣的流程圖。計算球附近圖像邊緣的原理如 下：本發(fā)明認(rèn)為球體下半部分的顏色應(yīng)為一種，當(dāng)出現(xiàn)兩種及以上的灰度時，認(rèn)為有其他物 體進(jìn)入球體范圍，與球進(jìn)行交互。具體計算過程涉及直方圖的計算和概率圖的生成。
[0037] 如圖4所示，首先，將輸入圖像轉(zhuǎn)為灰度圖。然后，計算球下半部分灰度直方圖H。 然后，用所述直方圖H生成灰度概率圖。最后，將所生成的概率圖作為邊緣判斷依據(jù)。
[0038] A.計算官方圖
[0039] 圖5圖示了當(dāng)沒有其他物體進(jìn)入球體范圍時的灰度圖。圖中灰色區(qū)域是計算顏色 直方圖的范圍。顏色直方圖計算方法：

【權(quán)利要求】
1. 一種移動設(shè)備的虛擬球模擬及控制的方法，包括： 使用所述移動設(shè)備的圖像采集部件采集圖像，以獲取連續(xù)圖像序列； 對圖像內(nèi)容進(jìn)行分析； 所述虛擬球在所采集的圖像序列中按照特定規(guī)則與圖像內(nèi)容及用戶進(jìn)行交互；以及 在所述移動設(shè)備的屏幕上顯示交互結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對圖像內(nèi)容進(jìn)行分析的步驟進(jìn)一步包括： 計算所述虛擬球附近的圖像邊緣； 計算碰撞速度和方向； 更新所述虛擬球的位置；以及 顯示所述虛擬球。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述交互規(guī)則包括以下中的至少一個：所述虛擬 球與圖像中顏色邊界進(jìn)行剛體碰撞；所述虛擬球與屏幕左、右、下邊界進(jìn)行剛體碰撞；所述 虛擬球在屏幕中，受到自屏幕上方堅直向屏幕下方的虛擬重力場作用，向屏幕下方"掉落"； 所述虛擬球與用戶手指發(fā)生剛體碰撞，碰撞時考慮所述虛擬球與手指碰撞的角度、力度；所 述虛擬球可向上飛出屏幕范圍，飛出屏幕范圍后，僅做向屏幕下方的自由落體運動；僅考慮 所述虛擬球的下半部分與圖像內(nèi)容及用戶手指的碰撞。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，計算所述虛擬球附近的圖像邊緣的步驟進(jìn)一步 包括： 將輸入圖像轉(zhuǎn)為灰度圖； 計算所述虛擬球下半部分灰度直方圖； 用所述直方圖生成灰度概率圖；以及 將所生成的概率圖作為邊緣判斷依據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述圖像邊緣是灰度概率不同的區(qū)域交界。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述碰撞速度在橫縱兩個方向上的速度相互獨 立，并且橫向速度與橫方向接觸點到所述虛擬球球心的距離成正比，縱向速度與縱方向上 接觸點到球心的距離成反比。
【文檔編號】G06F3/01GK104407696SQ201410619473
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】張斯聰 申請人:北京京東尚科信息技術(shù)有限公司, 北京京東世紀(jì)貿(mào)易有限公司