地理定位虛擬環(huán)境的表示方法及移動設備的制造方法
【專利說明】地理定位虛擬環(huán)境的表示方法及移動設備
[0001] 本發(fā)明的目的是表示高質(zhì)量矢量和紋理圖形環(huán)境，包括，作為表示的基礎，視頻采 集及矢量格式的圖像和圖形排序，由實施所述方法的移動設備的圖像采集裝置實現(xiàn)。此外， 該一目的是通過將所述矢量圖形環(huán)境置于預定地理位置中并使該表示依賴于移動設備的 真實地理定位執(zhí)行。
[0002] 因此，本發(fā)明通過GPS技術、AGPS技術、WIFI技術、ISSP技術、巧螺儀、加速度計或 任何其他等效裝置結合了設及虛擬現(xiàn)實（VR)、增強現(xiàn)實（AR)和地理定位的技術領域。
【背景技術】
[0003] 必須理解的是，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實自從出現(xiàn)后便幾乎是緊密相關。1950年， Modon化ilig寫到"體驗劇場"，"體驗劇場"可能W生動的方式伴有所有感官，在屏幕上將 觀看者和活動集成為一體。他于1962年構建了一個稱為Sensorama的維形和允許通過其 感官（視覺、嗅覺、觸覺和聽覺）增強觀看者體驗的五個短片。
[0004] 1968年，IvanSutherland在BobSproull的幫助下構建了被普遍認為是第一個 頭戴式虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實顯示器（HMD)。就用戶界面和現(xiàn)實主義而言，它是很原始的，用 戶使用的HMD體積非常大且沉重，W致必須懸掛在天花板上，并且制作虛擬環(huán)境的圖形是 簡單的"金屬絲模型"。在20世紀80年代末，JaronLanier因使虛擬該個名詞現(xiàn)實一舉成 名，他的公司當時創(chuàng)造了第一副虛擬現(xiàn)實手套和眼睛。
[0005] 1992年，名為TomCaudell的研究員第一次提出增強現(xiàn)實該一名稱。Caudell受 雇于該家公司，負責找到工人使用的布線板的替代品。他提出了通用現(xiàn)實板上的專用眼鏡 和虛擬板該一概念。該讓他產(chǎn)生了 "增強"用戶現(xiàn)實感的想法。
[0006] 增強現(xiàn)實正處于最初的發(fā)展階段并在一些領域成功實施，不過預計該種產(chǎn)品很快 將大規(guī)模地出現(xiàn)在大眾市場上。增強現(xiàn)實的基本思想是，實時地將圖形、音頻等疊加到現(xiàn)實 環(huán)境上。雖然電視臺幾十年來一直致力于此，但他們用的是不隨攝影機運動而調(diào)整的靜止 圖像。
[0007] 增強現(xiàn)實遠優(yōu)于電視上使用的，雖然增強現(xiàn)實的初始版本當前正在電視體育賽事 中播放用于在屏幕上播出重要信息（例如賽車手的姓名）、有爭議比賽的重播或主要用于 顯示廣告。該些系統(tǒng)只顯示來自一個觀察點的圖形。
[000引增強現(xiàn)實發(fā)展中的一個要點是運動跟蹤系統(tǒng)。從一開始到現(xiàn)在，增強現(xiàn)實由攝像 機視場內(nèi)標記或標記矢量支持，W致計算機有一個在其上重疊圖像的參考點。該些標記由 用戶預先定義，可為視場內(nèi)每個要疊加圖像的專用象形圖、簡單的形狀（例如畫框）或僅僅 是紋理。
[0009] 現(xiàn)在的計算系統(tǒng)與上述的相比智能得多，并且能對簡單的形狀進行重組，例如地 板、椅子、桌子、簡單的幾何形狀（例如桌子上的手機）或甚至人體，跟蹤系統(tǒng)能捕捉，例如， 握緊的拳頭并向其添加虛擬的花朵或激光軍刀。
[0010] 移動技術基本上徹底改變了增強現(xiàn)實的使用和需要。上一代移動設備的能力遠遠 超過了W前的描述并使標記的地理定位成為可能，從而使增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實有了新的解 釋。
[0011] 自從智能移動設備的出現(xiàn)和世界上大多數(shù)人因制造成本的降低和電話運營公司 的支持都能用上該種設備，增強現(xiàn)實的使用便發(fā)生了很大變化。
[0012] 現(xiàn)今，該些設備的增強現(xiàn)實潛力尚未充分開發(fā)，因為增強現(xiàn)實僅限于為它們開發(fā) 的一些游戲、簡單地理定位信息（小圖標或標記）的重疊和上一代GI^S導航儀（例如先鋒 Cyber化vi⑥）。
[001引該些即用型增強現(xiàn)實提供商，例如（Qualcomm?高通的）Vuforia⑥或GNU/GPL領域的DART?,和作為支付提供商的ANDAR?或ARmedia?毫無例外地全都使用公用增 強現(xiàn)實庫，例如OpenCv、ARToo化it或Atomic。
[0014] 基于GI^S位置數(shù)據(jù)的幾乎所有導航儀此外還表示現(xiàn)實地理定位環(huán)境中的虛擬要 素，它們使用球形墨卡托公式建立固定大小的網(wǎng)格并將定位的點定位在該些坐標網(wǎng)格上 (W圖像或矢量格式表示）。該些系統(tǒng)設及從地理坐標網(wǎng)格提供商實時下載數(shù)據(jù)和使用其 定位算法，由于要實時地使用很多內(nèi)存和進程資源，該些要素的下載和表示大大地降低了 性能。
[0015] 最近有一些應用使用上述技術來表示真實環(huán)境中的虛擬要素，例如：
[0016] -Layar?(ht1:p://www. layar. com);集中于表不圖標和指不社交網(wǎng)絡中個人 主頁位置或商店、博物館等預定位置的小矢量對象。Layar使用GoogleMaps?谷歌地圖地 理定位系統(tǒng)和VufOiMa?據(jù)供的增強現(xiàn)實技術。
[0017] -ARme.dia⑩（ht化://www.armedia.it);該增強現(xiàn)實提供商表示預定位置處的 建筑物或舊建造物等復雜的矢量對象，但其表示質(zhì)量與本發(fā)明提供的相比很差；它還使用 GoogleMaps?谷歌地圖技術進行要素的地理定位。
[001引在所有所述技術和應用中，移動設備的硬件資源消耗均很高；若圖像采集裝置的 使用與移動設備中Gl^s裝置啟用和中間復雜度的虛擬場景表示結合，性能呈指數(shù)降低。
[0019] 本發(fā)明的一個實用目的是，獲得一種能適應于參考框架中的任何移動設備的特性 和特征來顯示地理定位和高分辨率增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實，而不會降低移動設備性能的技術 環(huán)境。
[0020] 專利文件US2012293546描述了一種基于多個外部信號的地理定位系統(tǒng)和根據(jù)集 成無線電和/或聲信號的物理標記表示增強現(xiàn)實的系統(tǒng)。它與本發(fā)明系統(tǒng)在位置計算類型 和表示增強現(xiàn)實所用標記的類型方面的差別是清楚定義的。本發(fā)明系統(tǒng)不使用基于球形墨 卡托式坐標網(wǎng)格的位置計算法，也不使用物理標記表示增強現(xiàn)實。
[0021] 專利文件US2012268493設及用由一個或多個物理標記繪制的矢量圖形表示增強 現(xiàn)實并提出了節(jié)省設備硬件資源的解決方案。與本發(fā)明系統(tǒng)的差別是清楚定義的。本發(fā)明 系統(tǒng)不使用物理標記表示增強現(xiàn)實，本發(fā)明提出的性能改進專用于確定框架內(nèi)所有設備， 而不是單個設備。
[002引PCT專利申請W0 03/102893描述了移動設備的地理定位可通過基于替代通信網(wǎng) 絡的方法確定。它與本發(fā)明系統(tǒng)的差別是清楚的，本發(fā)明提出的位置計算類型基于W坐標 網(wǎng)格為基礎的位置計算法。本發(fā)明系統(tǒng)不使用基于球形墨卡托式坐標網(wǎng)格的位置計算法。 [0023] 專利文件W0 2008/085443使用在捜索中通過射頻發(fā)射器和接收器進行地理定位 的方法w提高地理定位精確度。它與本發(fā)明系統(tǒng)的差別是清楚的，本發(fā)明提出的位置計算 類型基于W坐標網(wǎng)格為基礎的位置計算法。本發(fā)明系統(tǒng)不使用基于球形墨卡托式坐標網(wǎng)格 的位置計算法。
[0024] 最后，專利文件US2012/0296564建立一個基于增強現(xiàn)實的廣告內(nèi)容導向和定位 系統(tǒng)及通過射頻或光學傳感器等物理標記進行表示的方法。它與本發(fā)明系統(tǒng)在位置計算類 型和表示增強現(xiàn)實所用標記的類型方面的差別是清楚定義的。本發(fā)明系統(tǒng)不使用基于球形 墨卡托式坐標網(wǎng)格的位置計算法，也不使用物理標記表示增強現(xiàn)實。
[0025] 因此，本發(fā)明要解決的技術問題就是，獲得一種能適應于任何移動電話的特性和 特征來顯示地理定位和高分辨率增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實，而不會降低移動設備性能的技術環(huán) 境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 本發(fā)明的目的基于矢量圖形環(huán)境的表示，包括，作為表示的基礎，視頻采集及矢量 格式的圖像和圖形排序，由實施所述方法的移動設備的圖像采集裝置實現(xiàn)。此外，該一目的 是通過將所述矢量圖形環(huán)境置于預定地理位置中并使該表示依賴于移動設備的真實地理 定位執(zhí)行。達到該目標與達到其他兩個目標相配：
[0027] i)移動設備不使用其他方提供的資源進行地理定位，例如：
[002引a.GPS導航提供商；
[0029] b.地圖和GPS標記提供商；
[0030] C.GPS導航網(wǎng)格提供商；
[0031] 所有該些均不接到互聯(lián)網(wǎng)式數(shù)據(jù)網(wǎng)絡下載或直接使用上述資源。該系統(tǒng)使得能夠 通過移動設備提供的硬件（HW)的觸摸屏或通信接口與表示的矢量圖形直接交互。通過該 些交互，使得能實現(xiàn)矢量圖形環(huán)境的虛擬導航和直接作用于其構成要素。
[0032] ii)用移動設備提供的可能的最佳質(zhì)量W實時運行時間表示紋理矢量圖形。
[0033] 通過下面描述的一組進程，所述系統(tǒng)允許對表示的矢量圖形的質(zhì)量進行管理，使 質(zhì)量依賴于移動設備提供的能力和特性，從而獲得可能的最佳質(zhì)量，而不影響圖形表示或 系統(tǒng)進程的流暢性。
[0034] 該組進程進而包括用于解決虛擬環(huán)境中基本顯示問題及其與現(xiàn)實環(huán)境同步的步 驟，例如：
[0035] a)根據(jù)表示的現(xiàn)實環(huán)境對表示的矢量圖形進行縮放。
[0036] b)根據(jù)與其在現(xiàn)實環(huán)境中地理定位的現(xiàn)實同步距離來減少表示的矢量圖形的不 自然運動。
[0037] 如現(xiàn)有技術水平中所述，基于GI^S定位的幾乎所有導航儀使用球形墨卡托公式建 立固定大小的網(wǎng)格并將定位的點定位在該些坐標網(wǎng)格上（W圖像或矢量格式表示）。該些 系統(tǒng)包括從地理坐標網(wǎng)格提供商實時下載數(shù)據(jù)和使用其定位算法。該些要素的下載和表示 降低了移動設備的性能。
[003引前述每一種技術和進程，例如Vuforia風或ARme.dia?據(jù)供的增強現(xiàn)實技術和 GoogleMaps⑥谷歌地圖或0SM(開源地圖）的地理定位技術，在參考框架內(nèi)的所有移動設 備中起作用，但是是W單獨的方式進行。準確地說，兩個或多個系統(tǒng)組合對于移動設備能否 正確地進行數(shù)據(jù)處理是最大的問題。
[0039] 通過互聯(lián)網(wǎng)下載數(shù)據(jù)進行表示W(wǎng)及提供數(shù)據(jù)的實際表示設及一段必要的等待時 間，等待時間由移動設備中接收和表示質(zhì)量決定。
[0040] 加入GI^S要素后臺進程后，等待在