基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的平面圖像交互系統(tǒng)設(shè)計

李東航

摘? 要： 針對原有平面交互系統(tǒng)圖像識別效果較差的問題，設(shè)計基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的平面圖像交互系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)硬件框架，設(shè)計計算機視覺控制器實現(xiàn)原始平面圖像采集，采用Kinect傳感器完成自然用戶界面設(shè)計，結(jié)合原有VR設(shè)備，組成平面交互硬件;再基于系統(tǒng)硬件，進行系統(tǒng)軟件設(shè)計。采用樸素貝葉斯分類算法對平面特征向量進行確定，通過確定后的特征向量進行圖像物理模型構(gòu)建，以模型為基礎(chǔ)，進行腳本編寫，實現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的平面交互。實驗結(jié)果表明，與原有系統(tǒng)相比，系統(tǒng)圖像識別結(jié)果較為清晰。

關(guān)鍵詞： 平面交互系統(tǒng); 虛擬現(xiàn)實技術(shù); 系統(tǒng)設(shè)計; 圖像建模; 圖像處理; 對比驗證

中圖分類號： TN911?34; TP331.25? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）08?0158?03

Design of plane image interactive system based on virtual reality technology

LI Donghang

（Wuhan College， Wuhan 430212， China）

Abstract： In allusion to the poor image recognition effect of the original plane interactive system， a plane interactive system based on virtual reality technology is designed. The computer vision controller is designed on the basis of the hardware design framework of the system to collect the original plane images. The natural user interface design is completed with the Kinect sensor， with which the original VR equipment is combined to form the plane interactive hardware. Based on the system hardware， the system software is designed. The plane feature vector is determined by means of the naive Bayesian classification algorithm， the image physical model is built by the determined feature vector， and the script is written based on the model to realize the plane interaction based on virtual reality technology. The experimental results show that the image recognition of this system is more clear and complete when compared with the original system. It can be seen that this system is more superior and should be promoted.

Keywords： plane interactive system; virtual reality technology; system design; image modeling; image processing; comparison validation

0? 引? 言

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，人們在日常進行圖像設(shè)計中所采用的技術(shù)也在不斷革新。虛擬現(xiàn)實技術(shù)以其便利的可視化模擬與感官體驗，成為工程設(shè)計與圖像仿真的首要選擇[1]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種新興的實用技術(shù)，其將計算機、電子信息、仿真技術(shù)融為一體，將人體感覺不到的平面圖像通過三維模型體現(xiàn)出來[2]。在多項設(shè)計中，需要對平面圖像進行交互，但在原有的平面圖像交互系統(tǒng)的處理下，圖像交互效果較差，無法達到行業(yè)標準要求。

為解決原有系統(tǒng)無法實現(xiàn)的效果問題，本文基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計平面圖像交互系統(tǒng)。結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，提升平面交互效果。在原有平面交互系統(tǒng)上，對系統(tǒng)硬件設(shè)備進行升級改良，采用新型儀器提升圖像識別分辨率。對系統(tǒng)軟件功能進行革新，解決由于算法計算結(jié)果不精準帶來的圖像識別效果較差的問題。

1? 平面圖像交互系統(tǒng)硬件設(shè)計

基于過往虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究結(jié)果，設(shè)計基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的平面圖像交互系統(tǒng)硬件，構(gòu)建整體硬件框架，具體如圖1所示。

在進行硬件設(shè)計時，主要以原有的VR設(shè)備為參考，并增加相關(guān)新型設(shè)備。為使系統(tǒng)硬件具有可連接性，選擇具有相同電壓的設(shè)定進行串聯(lián)，完成硬件設(shè)計[3]。為對計算機圖像識別進行有效控制，對計算機視覺控制器進行設(shè)計，具體設(shè)備圖像如圖2所示。

本文控制器內(nèi)部設(shè)置了2個高像素快速攝像頭和5個紅外線發(fā)射裝置。通過這種設(shè)計降低夜晚光線過暗或是光線過于充足造成的不良影響[4]。在圖像識別與控制的過程中，對中央處理器與圖像處理器進行設(shè)定。在中央處理器與圖像處理器的設(shè)計過程中，選擇高像素高速雙核處理器，提高處理效率，為接下來的圖像處理提供基礎(chǔ)。上述控制器提供兩種應(yīng)用程序編程接口：一個用來獲取圖像信息;另一個為本地信息接口，采用C語言進行控制。

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用方面，本文采用Kinect進行自然用戶界面的設(shè)計與實現(xiàn)[5]。自然用戶界面是人機交互的重要平臺。Kinect設(shè)備由多個傳感器構(gòu)成，其底部與電動馬達相連接，設(shè)備的正面由紅外投影儀、彩色攝像機、深度攝像機、麥克風(fēng)、電動馬達組成，采用USB 2.0線路連接，并在設(shè)備的一側(cè)設(shè)定供電口。通過傳感器捕捉用戶的動作，并通過控制器對其進行控制，用戶動作數(shù)據(jù)通過設(shè)備坐標系下的三維空間位置形式保存。

用戶使用部分硬件采用HCT VIVE設(shè)置。基于原有系統(tǒng)硬件，本系統(tǒng)著重設(shè)計VIVE基站[6]。采用4個黑盒子構(gòu)建一個大小30英尺×30英尺的虛擬空間，基站以每秒100脈沖的形式定時發(fā)射，然后由控制器進行提取，并采用一致性設(shè)計保證平面圖像交互系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性。

2? 平面圖像交互系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1? 確定平面圖像特征向量

為確定本文設(shè)計平面圖像交互系統(tǒng)的可行性，采用樸素貝葉斯分類算法對平面向量特征向量進行確定[7]。設(shè)定圖形空間坐標系為[xyz]，[θw]為圖形向量[w]與[y]軸的夾角，則[y]軸向量[Y]可以表示為[coswywy]。設(shè)定[xyz]的平面向量設(shè)定為[i]，[x]軸向量設(shè)定為[X]，圖像向量在圖形空間坐標系的投影為[j]，則[j]與[x]軸的夾角計算公式為：

將獲取到的圖像向量角度信息設(shè)定為[θw]，[θxj]。上一幀的角度信息為[θxj1]，[θw1]。通過計算運動值，計算出平面圖像的運動參數(shù)為：

將式（1）、式（2）提取到的特征向量，錄入訓(xùn)良好的分類模型中進行分類，并進行指令轉(zhuǎn)化，完成平面圖像特征向量的提取與確定[8]。

2.2? 建立平面圖像物理模型

運用獲取的平面圖像特征向量進行平面圖像的物理模型構(gòu)建。采用物理建模可以使平面圖像適應(yīng)動態(tài)模型，通過物理模型使圖像可以根據(jù)外界的條件作出相應(yīng)的反應(yīng)，實現(xiàn)平面模型自我調(diào)節(jié)。采用分型技術(shù)進行物理模型構(gòu)建，通過將一些復(fù)雜的不規(guī)則圖像進行相似特征集合，通過分類后的圖像進行物理模型構(gòu)建[9]。將整體模型構(gòu)建過程進行設(shè)定具體流程如圖3所示。通過上述流程完成平面圖像的物理模型構(gòu)建，通過構(gòu)建結(jié)束的模型，集合虛擬現(xiàn)實技術(shù)編寫程序腳本。

2.3? 進行腳本編寫

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，采用C#語言編寫腳本，同時設(shè)定腳本編輯器。選用MonoBehaviour進行腳本編寫，在該編輯器中具有多個函數(shù)接口，可以保證系統(tǒng)的高效運行[10]，采用Update（）函數(shù)編寫程序。腳本編寫采用New關(guān)鍵字，降低了計算機的資源的占用率。在正常程序編寫中，增加觸發(fā)功能的編寫，增強功能代碼的自我調(diào)控功能，以便及時進行函數(shù)處理，提高代碼執(zhí)行能力。

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的平面交互系統(tǒng)關(guān)鍵代碼編寫內(nèi)容如下所示：

public class 平面圖像EventManager：MonoBehaviour{

public delegate void 交互形式（bool is END）

public static event

////方法初始化

void Start（）{

//控制不為空

if on 平面交互END！=NU！

{? on Game End（true）;

}

}

//調(diào)用更新方法

void Update {}

}

}

通過上述代碼，實現(xiàn)了平面圖像交互的設(shè)定。將代碼通過計算機傳輸至Kinect 傳感器，并利用傳感器控制整體硬件，完成平面交互。結(jié)合系統(tǒng)硬件設(shè)計與系統(tǒng)軟件設(shè)計，完成基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的平面圖像交互系統(tǒng)的設(shè)計。

3? 系統(tǒng)性能測試

為保證本文設(shè)計的基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的平面圖像交互系統(tǒng)的科學(xué)性，對系統(tǒng)性能進行了測試。通過對比原有系統(tǒng)與本文設(shè)計系統(tǒng)的圖像辨識度來驗證本文設(shè)計系統(tǒng)的優(yōu)越性。

3.1? 系統(tǒng)測試準備過程

為了保證實驗測試環(huán)境適合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，對測試環(huán)境進行設(shè)置，具體測試環(huán)境參數(shù)如表1所示。

在上述參數(shù)下進行測試環(huán)境構(gòu)建，識別圖像完成對比實驗。設(shè)定測試樣本如圖4所示。

在上述參數(shù)進行原始圖像的識別，并將識別結(jié)果進行對比。在測試的過程中，不計入外界因素的干擾與像素問題，只分析圖像完整度。

3.2? 系統(tǒng)測試結(jié)果分析

通過對比實驗得出原有系統(tǒng)與本文系統(tǒng)圖像識別效果如圖5所示。

通過對交互系統(tǒng)的性能測試，得出相應(yīng)的圖像識別結(jié)果。從圖5可以看出，原有系統(tǒng)識別出的圖像模糊度較大，本文設(shè)計系統(tǒng)識別結(jié)果為邊緣模糊。采用本文系統(tǒng)進行平面圖像交互，可以重建圖像，提高系統(tǒng)交互效果。原有模型圖像模糊部分較大，無法進行圖像重建，影響平面交互效果。由此可知，本文設(shè)計的基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的平面圖像交互系統(tǒng)更加具有優(yōu)越性。

4? 結(jié)? 語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種新興的高科技技術(shù)，并迅速的應(yīng)用到各行各業(yè)之中，在不同的行業(yè)中都能體驗的使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行平面交互的優(yōu)越性。通過使用平面交互成果，體驗到沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)的樂趣。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷成熟，變革了人與設(shè)備的交互手段，提升了平面交互效果。另一方面，隨著市場的不斷擴大，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的平面圖像交互還有許多瓶頸需要突破，技術(shù)的成熟才可以推動系統(tǒng)的推廣，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究道路依舊漫長。

參考文獻

[1] 李靜蓉，倪建龍，陳銳奇，等.基于虛擬現(xiàn)實交互的虛擬鍛造工藝實習(xí)系統(tǒng)設(shè)計[J].實驗室研究與探索，2017，36（4）：87?89.

[2] 李晉，謝曉添，姬慶慶，等.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的手功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦與信息技術(shù)，2017，25（1）：35?37.

[3] 郭巍，武平，蘇穎，等.基于虛擬現(xiàn)實的實時貼圖在環(huán)境修復(fù)的研究[J].電子設(shè)計工程，2018，26（14）：10?13.

[4] 魏育坤.基于Unity3D的虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（14）：59?60.

[5] 呂屏，楊鵬飛，李旭.基于VR技術(shù)的虛擬博物館交互設(shè)計[J].包裝工程，2017，54（24）：137?141.

[6] 林煒詩.VR技術(shù)在交互設(shè)計中的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2018（11）：158?159.

[7] 吳文豪，周婕.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的建筑室內(nèi)沉浸式漫游展示與交互設(shè)計[J].科技視界，2018（13）：26?27.

[8] 樊勝，張丹，陶鳳軒，等.機器人的視覺選擇交互系統(tǒng)的設(shè)計與實踐[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2017，43（11）：67?69.

[9] 張青，任宏.智能人機交互通信系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2018，41（20）：183?186.

[10] 向文欣，李武，王宏旭.基于虛擬現(xiàn)實的三維漫游校園系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2017，25（18）：38?41.