[发明专利]基于智能手机的三维博物馆交互系统及其交互方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种沉浸式虚拟三维场景交互系统，属于虚拟现实的计算机高新技术领域；本发明中涉及的基于智能手机的交互平台，属于移动智能终端开发的高新技术应用领域；本发明中涉及的手机与支持虚拟环境的计算机通讯部分属于无线网络传输技术应用领域；本发明中涉及的博物馆的布展部分属于美学范畴和文化领域。

背景技术

专业的博物馆作为一个展示文化资讯，传达人文理念的平台其展览设计与陈列布展是一件十分复杂的工程，在传统的博物馆布展设计过程中，因为现实博物馆跟文物的物理特性（例如文物易碎，包装精细、复杂等）因素使得博物馆布展设计显得十分的繁琐，而在计算机迅速发展的今天，在虚拟现实领域，虚拟数字博物馆突破了这一瓶颈。也从而使得如何提高虚拟场景的交互性，如何提高沉浸性，如何增加用户的体验感成为一大研究热点。目前虚拟场景多采用传统的鼠标键盘的交互方式，而智能手机作为现代生活中人们所极为熟悉的一种移动终端，具备操作简易性，功能强大性等特点，将其融入到三维虚拟场景的交互当中不失为一种新的尝试。

目前虚拟场景的新型交互方式各有优缺点，波兰的波兹南大学和英国的苏塞克斯大学的合作研究中提出了一种光学跟踪的场景交互的方法，通过多台高分辨率的摄像机同时去捕捉一个带有特殊标记的卡片，当特殊的标记被识别后，便可以用卡片的运动来驱动虚拟环境中物体运动。此种交互方式存在操作较为繁琐的缺点，场景中需要摄像机来配合工作，存在环境可移植性差的问题，而且设备费用较高，而这些缺点几乎存在于各种三维场景交互模式当中。

   考虑到当前智能手机处理器计算能力的大幅提升，我们提出将智能手机与其他无线通讯终端设备联合使用以进行三维场景交互设计。智能手机为广大三维虚拟场景设计者带来了全新的交互模式，它的融入也能使此类三维虚拟现实系统的应用更加普及、方便。更能因其仿真场景设计的完全自如性激发出设计者更多的灵感。随着这种技术的成熟与完备，虚拟3D（三维）场景设计必然成为各种场景设计的一种必然趋势。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决三维场景交互各种问题，提供一种操作简易，费用代价低廉，可移植性强的虚拟场景的设计布展方式，来确保虚拟场景布展过程中技术的可靠性，设计的严肃性，布展的科学性与艺术性，使用户获得良好的体验。

本发明提出一种由无线通讯终端设备（智能触屏手机）和计算机支持的虚拟现实环境相结合来进行动态的3D（三维）场景设计的方法。该系统只需智能触屏手机与负载虚拟环境的电子计算机处于同一无线局域网络即可，应用起来极为方便。在三维虚拟博物馆的交互过程中，手机可以完全虚拟成博物馆里的某个文物，于是用户对手机的旋转等操作可以完全虚拟成对三维博物馆里文物的操作，仿佛文物就在用户的手中，增强了真实感。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

基于智能手机的三维博物馆交互方法，该方法的实现步骤如下： 

步骤1：首先智能手机与博物馆进行连接；

步骤2：当用户对智能手机进行旋转或者平移或者抖动时，智能手机的倾斜方向与智能手机加速度会有变化，程序会自动通过智能手机的传感器获得这些数据； 

步骤3：智能手机把从智能手机内的各种传感器获取的智能手机状态数据进行分析，以此来判断用户的操作命令；

步骤4：智能手机通过调用智能手机中自带的各种传感器的编程接口，来获取智能手机状态的数据，每隔一段时间，就会刷新一次数据，它的各个参数会相应的发生变化；

步骤5：通过对相邻两次获得的数据进行分析比较，来判断智能手机的动作与状态；

步骤6：手机通过网络通讯端口将数据发送到无线局域网络，最终数据传送给电子计算机；

步骤7：电子计算机端通过指定的网络通讯端口接收数据，电子计算机通过数据分析得到三维场景的变换（例如相邻两次获得的手机各个轴的加速度数据值差值较大便说明用户抖动了手机，此操作对应三维博物馆布展过程中的复位操作），实现博物馆的场景布展。

所述步骤1中智能手机与博物馆进行连接的过程如下：博物馆一直处在监听状态，负载虚拟博物馆的计算机在无线局域网中形成一个组播域，手机终端在请求建立与博物馆的连接时在该组播域中发送自己的验证信息与自身的IP地址，博物馆收到信息后进行验证，通过后发送给智能手机确认信息以及自身的IP地址，到此手机跟博物馆的连接正式建立。

所述智能手机的应用程序获得传感器数据的过程如下所述：