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专利号: 202010168991X
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-21
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于增强现实的手机虚拟涂鸦方法,包括以下步骤:

步骤1、通过GPS位置信息检索数据库内附近位置的虚拟涂鸦墙信息;

步骤2、利用谷歌推出的增强现实软件开发工具包——ARcore,通过手机摄像头获取相机位置和朝向,下称姿态;

步骤3、取出步骤1获得的虚拟涂鸦墙信息中的线条数据,同时利用步骤2获得的摄像机姿态,通过图形学渲染技术渲染线条至手机屏幕上;

步骤4、实时记录相机移动信息,跟踪运动轨迹,在虚拟涂鸦墙上添加涂鸦内容,并通过可视化方法在手机屏幕上呈现涂鸦内容。

2.如权利要求1所述的基于增强现实的手机虚拟涂鸦方法,其特征在于:所述步骤1中,数据库存储线条信息的世界坐标系坐标,具体储存格式为二维数组,二维数组中每一项的数据结构是一个长度为3的float数组,用以记录真实世界中某个点的三维坐标。

3.如权利要求1所述的基于增强现实的手机虚拟涂鸦方法,其特征在于:所述步骤2中,首先通过是ARcore下的生命周期管理对象AR Session获取当前手机摄像头的当前帧并更新追踪状态,并通过AR Session下的camera对象获取投影和视图矩阵以及设备位置。

4.如权利要求1所述的基于增强现实的手机虚拟涂鸦方法,其特征在于:所述步骤3中,主要目标是结合摄像机姿态和世界坐标系坐标,渲染成屏幕坐标系;此处使用OpenGLES2.0实现笔触再现,顺序如下:定义物体顶点信息、编辑着色器代码、编译连接着色器程序、物体顶点信息传入着色器、GLSurfaceView加载渲染器(GLSurfaceView是一个继承了安卓基础类SurfaceView,专门用来显示OpenGL渲染的类)、安卓基础类Activity加载GLSurfaceView、渲染物体输出屏幕;其中,渲染核心为调用添加线条方法将3D位置添加到缓冲区中,以创建所需的线条,最后使用背景渲染器和线渲染器绘制背景和线条。

5.如权利要求1所述的基于增强现实的手机虚拟涂鸦方法,其特征在于:步骤4中,用户按住绘画按钮移动手机即可完成绘画,则主要目标是将屏幕坐标结合摄像机姿态转换成世界坐标,再通过和步骤3相同的操作绘制至屏幕;屏幕坐标结合摄像机姿态转换成世界坐标包括如下过程:屏幕坐标系通过视口变换得到规范化坐标系,规范化坐标系通过透视除法得到裁剪坐标系,裁剪坐标系通过投影变换得到相机坐标系,相机坐标系通过透视变换的得到世界坐标系;

屏幕坐标系和规范化设备坐标系的转换规则如下:

其中,xndc,yndc,zndc为规范化设备坐标系的三个坐标值,xw,yw,zw为屏幕坐标系的三个坐标值,x,y为窗口左下角坐标,f,n为远近裁剪平面到屏幕坐标的映射关系;其中f为指定远剪裁平面到窗口坐标的映射;初始值为1,n为指定近剪裁平面到窗口坐标的映射;初始值为0;w和h视口矩形的宽度和高度,根据窗口的实时变化重绘窗口;

规范化设备坐标系和裁剪坐标系的转换规则如下:

其中,xndc,yndc,zndc为规范化设备坐标系的三个坐标值,xclip,yclip,Zclip,wclip为裁剪坐标系的三个坐标值:裁剪坐标系和相机坐标系的转换规则如下:

其中,xclip,yclip,Zclip,Wclip为裁剪坐标系的三个坐标值,xeye,yeye,zeye,Weye为相机坐标系的三个坐标值,Mprojection为投影矩阵;

相机坐标系和世界坐标系的转换规则如下:

其中,R为3*3的旋转矩阵,T为3*1的偏移向量,0为(0,0,0),简化用Lw表示后为4*4矩阵;

Xeye,Yeye,Zeye分别为相机坐标系的三个坐标值,X,Y,Z分别为世界坐标系的三个坐标值;

通过以上四个公式可以实现屏幕坐标系、规范化设备坐标系、裁剪坐标系、相机坐标系、世界坐标系的转换。