一種基于人機(jī)交互的三維繪圖系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于人機(jī)交互的三維繪圖系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以SolidWorks、UG、ProE等為代表的這類三維繪圖軟件雖然能夠幫助設(shè)計(jì)人員 繪制所需的3D模型，但是這樣的方式有一個(gè)根本性的缺點(diǎn)：所有的繪制工作都是在二維平 面上完成，而繪制的模型卻是三維的，這樣的繪制方式對(duì)于使用者而言是不直觀的。同時(shí)， 目前的三維繪圖軟件都是在電腦上完成，使用者被限定在一個(gè)二維顯示器面前完成繪圖操 作，這就不能夠讓設(shè)計(jì)者在任何時(shí)間任何地點(diǎn)都能夠完成設(shè)計(jì)過程。
[0003] 隨著技術(shù)的發(fā)展，智能眼鏡已經(jīng)漸漸進(jìn)入人們的視野中，對(duì)于可透視型智能眼鏡 來說，當(dāng)人戴上這種眼鏡后，周圍可見光能夠透過眼鏡鏡片，人的雙眼能夠正?？吹剿闹艿?環(huán)境；同時(shí)智能眼鏡能夠?qū)⒁恍﹫D像信息疊加在人的真實(shí)視野上，由于擁有這樣的特性，可 透視型智能眼鏡將在眾多行業(yè)和領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。
[0004] 目前，所有的3D建模工作都是在二維顯示器上完成，還沒有能夠在三維空間中進(jìn) 行建模的技術(shù)出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于人機(jī)交互的三維繪圖系統(tǒng)，能夠在三維空間中進(jìn)行 三維繪圖。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種基于人機(jī)交互的三維繪圖系統(tǒng)，包括：
[0007] 智能眼鏡，用于在三維空間中顯示圖像信息，包括：
[0008] 平面識(shí)別單元，用于確定所述智能眼鏡的工作平面；
[0009] 定位跟蹤單元，用于跟蹤所述智能眼鏡的佩戴者頭部位置，并根據(jù)所述頭部位置 實(shí)時(shí)調(diào)整所述智能眼鏡疊加在所述工作平面上的圖像，使所述佩戴者與所述圖像保持相對(duì) 靜止；
[0010] 交互筆，信號(hào)連接于所述智能眼鏡，用于執(zhí)行二維圖形的繪制；
[0011] 主機(jī)，信號(hào)連接于所述智能眼鏡，所述主機(jī)安裝有三維繪圖軟件，所述主機(jī)通過無 線信號(hào)將所述三維繪圖軟件的界面?zhèn)鬟f到所述智能眼鏡中，所述智能眼鏡將所述三維繪圖 軟件的界面顯示在所述工作平面上，所述交互筆在所述三維繪圖軟件的界面繪制二維圖 形，所述交互筆還用于對(duì)所述二維圖形進(jìn)行處理，以形成三維圖形；
[0012] 所述交互筆還用于控制所述三維圖形脫離所述三維繪圖軟件的界面，進(jìn)入所述三 維空間中，再經(jīng)所述智能眼鏡顯示所述三維圖形的信息。
[0013] 優(yōu)選地，所述平面識(shí)別單元包括第一攝像頭、第二攝像頭、紅外矩陣網(wǎng)格LED及第 一處理器，所述第一攝像頭、第二攝像頭分別對(duì)稱設(shè)置于所述智能眼鏡的左右兩端，所述紅 外矩陣網(wǎng)格LED設(shè)置于所述智能眼鏡的中心，所述紅外矩陣網(wǎng)格LED用于產(chǎn)生紅外線矩陣 網(wǎng)格，所述第一處理器內(nèi)置于所述智能眼鏡的內(nèi)部，所述第一攝像頭、第二攝像頭用于識(shí)別 所述紅外矩陣網(wǎng)格LED投射在所述智能眼鏡佩戴者眼前的平面上散射的紅外線，所述第一 處理器用于分析所述散射的紅外線，并得出所述平面相對(duì)于所述智能眼鏡的距離和角度， 從而確定所述智能眼鏡的工作平面。
[0014] 優(yōu)選地，所述紅外矩陣網(wǎng)格LED包括開設(shè)有網(wǎng)格槽的擋板和位于所述擋板正前方 的紅外LED，所述紅外LED產(chǎn)生的紅外線經(jīng)所述擋板后產(chǎn)生紅外線矩陣網(wǎng)格。
[0015] 優(yōu)選地，所述定位跟蹤單元包括三軸加速度傳感器和三軸陀螺儀，所述三軸加速 度傳感器用于跟蹤所述佩戴者的頭部在Χ、γ、ζ坐標(biāo)軸方向上的移動(dòng)；所述三軸陀螺儀用于 跟蹤所述佩戴者的頭部在X、Y、Z坐標(biāo)軸方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0016] 優(yōu)選地，所述智能眼鏡還包括第一紅外LED，所述第一紅外LED設(shè)置于所述智能眼 鏡的中心且位于所述紅外矩陣網(wǎng)格LED的上方，所述第一攝像頭、第二攝像頭及所述第一 紅外LED形成手指識(shí)別單元，所述手指識(shí)別單元用于識(shí)別所述佩戴者的手指在所述三維空 間中的位置關(guān)系。
[0017] 優(yōu)選地，所述交互筆包括筆尖、第一紅外線發(fā)射點(diǎn)、第二紅外線發(fā)射點(diǎn)及處理器， 所述第一紅外線發(fā)射點(diǎn)及第二紅外線發(fā)射點(diǎn)分別位于所述交互筆的兩端，通過所述第一紅 外線發(fā)射點(diǎn)、第二紅外線發(fā)射點(diǎn)可確定所述筆尖的坐標(biāo)，所述處理器設(shè)置于所述交互筆的 內(nèi)部，用于控制交互筆的整體工作。
[0018] 優(yōu)選地，所述主機(jī)為電腦或者網(wǎng)絡(luò)上的云。
[0019] 另外，本發(fā)明還提供了一種基于人機(jī)交互的三維繪圖方法，包括下述步驟：
[0020] 步驟A :通過所述平面識(shí)別單元確定所述智能眼鏡的工作平面；
[0021] 步驟B :所述智能眼鏡將顯示的圖像畫面疊加在所述工作平面上；
[0022] 步驟C :通過定位跟蹤單元跟蹤所述智能眼鏡的佩戴者頭部位置，并根據(jù)所述頭 部位置實(shí)時(shí)調(diào)整所述智能眼鏡疊加在所述工作平面上的圖像，使所述佩戴者與所述圖像保 持相對(duì)靜止；
[0023] 步驟D :開啟所述主機(jī)上的三維繪圖軟件，所述主機(jī)通過無線信號(hào)將所述三維繪 圖軟件的界面?zhèn)鬟f到所述智能眼鏡中，所述智能眼鏡將所述三維繪圖軟件的界面顯示在所 述工作平面上，并通過所述交互筆在所述三維繪圖軟件的界面繪制二維圖形；
[0024] 步驟E :通過所述交互筆對(duì)所述二維圖形進(jìn)行處理，以形成三維圖形；
[0025] 步驟F :通過所述交互筆控制所述三維圖形脫離所述三維繪圖軟件的界面，進(jìn)入 所述三維空間中；
[0026] 步驟G :所述智能眼鏡顯示所述三維圖形的信息。
[0027] 優(yōu)選地，還包括步驟H，使用者通過手指對(duì)置于三維空間中的三維圖形模型進(jìn)行移 動(dòng)、旋轉(zhuǎn)操作，實(shí)現(xiàn)所述三維圖形和其他繪制的3D模型之間的配合、組裝。
[0028] 優(yōu)選地，在完成步驟H之前還包括采用雙目立體視覺算法，通過所述手指識(shí)別單 元識(shí)別使用者手指在所述智能眼鏡三維空間內(nèi)的位置關(guān)系的步驟。
[0029] 優(yōu)選地，步驟A中，通過所述平面識(shí)別單元確定所述智能眼鏡的工作平面，包括下 述步驟：
[0030] 步驟Al :所述紅外矩陣網(wǎng)格LED產(chǎn)生紅外線矩陣網(wǎng)格；
[0031] 步驟A2 :所述第一攝像頭、第二攝像頭識(shí)別所述紅外矩陣網(wǎng)格LED投射在所述智 能眼鏡佩戴者眼前的平面上散射的紅外線；
[0032] 步驟A3 :所述第一處理器分析所述散射的紅外線，并得出所述平面相對(duì)于所述智 能眼鏡的距離和角度，從而確定所述智能眼鏡的工作平面。
[0033] 優(yōu)選地，步驟C中，通過定位跟蹤單元跟蹤所述智能眼鏡的佩戴者頭部位置，并根 據(jù)所述頭部位置實(shí)時(shí)調(diào)整所述智能眼鏡疊加在所述工作平面上的圖像，使所述佩戴者與所 述圖像保持相對(duì)靜止，具體包括下述步驟：
[0034] 步驟Cl :跟蹤所述智能眼鏡的佩戴者頭部位置,記為ax, ay, ajP ωχ, COy, ωζ，所述 ax，ay，azS所述佩戴者的頭部在Χ、Υ、Ζ坐標(biāo)軸方向上運(yùn)動(dòng)的加速度，所述ω χ，coy，ωζ為所 述佩戴者的頭部在X、Y、Z坐標(biāo)軸方向上轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度；
[0035] 步驟C2 :分別對(duì)所述ax，ay，az進(jìn)行時(shí)間的二重積分得到所述佩戴者頭部在該時(shí) 間范圍內(nèi)在三個(gè)坐標(biāo)軸方向上發(fā)生的位移，并記為：Ax= / / axdt、Ay= / / aydt及 Δ Z= / / azdt ；
[0036] 步驟C3 :分別對(duì)所述ωχ，coy，ωζ進(jìn)行時(shí)間的一重積分得到所述佩戴者頭部在該 時(shí)間范圍內(nèi)繞著三個(gè)坐標(biāo)軸方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并記為：Λ θχ