一种实体模型位态映射的三维AR辅助模式切换系统的制作方法

本发明属于图像数据处理的，涉及了一种实体模型位态映射的三维ar辅助模式切换系统。

背景技术：

1、混合现实与增强现实技术通过将虚拟三维模型叠加于真实环境，为用户模拟产生视觉与触觉等多感官融合的三维交互空间。在高端复杂的交互场景中，用户通常需要借助实体物理模型与虚拟世界进行互动。如何精确捕获实体模型的位态变化并触发相应的增强现实辅助模式，成为提升人机交互自然度与系统响应准确性的关键技术方向。

2、中国专利公布号为cn113689577a，公开了虚拟三维模型与实体模型匹配的方法、系统、设备及介质。该技术方案主要通过采集设有标记点的目标对象的三维信息，利用刚体变换构建真实坐标系下的虚拟三维模型，并结合虚拟现实坐标系下实体模型标记点的位置信息进行三维变换重合，以实现两者的空间位置融合。同时，该方案还公开了通过识别用户手势动作所代表的离散操作指令，指定目标对象执行旋转或缩放等基础模式的响应动作。

3、然而上述现有技术在应对高动态的连续交互任务时存在局限性。其触发机制主要依赖于静态的空间坐标对齐或简单的刚性动作指令识别，忽略了实体模型在被用户操控过程中产生的连续动力学特征，譬如瞬时加速度改变、运动变化率与振荡频率等深度隐藏的物理行为状态。这种对连续物理动作上下文逻辑的缺失，容易导致系统对用户复杂操控意图的识别精度偏低，难以根据用户操作的实际确定性程度去动态自适应地调节增强现实环境的渲染表现与模式切换。

4、针对上述问题，本发明旨在解决现有技术中因缺乏对实体模型连续动力学特征的深度解析，而导致交互意图识别精度有限且增强现实模式切换自适应性不足的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述的问题，本发明提供了一种实体模型位态映射的三维ar辅助模式切换系统。

2、一种实体模型位态映射的三维ar辅助模式切换系统，包括：

3、数据处理模块，获取实体模型的空间位态信号并进行无量纲化处理，生成归一化位态矢量流；

4、运动特征提取模块，截取归一化位态矢量流得到时序信号子集，提取时序信号子集的特征组合，得到离散运动特征集；

5、加密动力学报文生成模块，提取离散运动特征集的动力学参数，对离散运动特征集与动力学参数进行封装与散列运算，得到加密动力学报文；

6、数据校验互锁模块，拦截加密动力学报文，对加密动力学报文执行校验比对，得到许可状态下的加密动力学报文；

7、意图推理映射模块，提取许可状态下的加密动力学报文的主体负载数据，输出目标意图类别与置信度数值，得到意图推理结果数据；

8、渲染指令集编译模块，解析意图推理结果数据，依据目标意图类别与置信度数值调算网格图元的视觉参数，编译得到渲染指令集；

9、多层级同步显示模块，提取渲染指令集中的显示终端网络地址，结合全局主时钟信号校正计算统一的画面输出时间戳，将携带时间戳的数据流分发至多层级显示终端进行同步渲染输出。

10、本发明进一步的方案，获取实体模型的空间位态信号并进行无量纲化处理，生成归一化位态矢量流，包括以下步骤：

11、采集实体模型中包含三维空间坐标与姿态角的六自由度位态数据流；

12、对六自由度位态数据流执行滤波去噪获取空间位态信号，并计算空间位态信号的速度与加速度参量；

13、提取交互系统的物理尺度参数；

14、利用物理尺度参数对三维空间坐标、姿态角及各阶时间导数执行最小最大值归一化映射，生成归一化位态矢量流。

15、本发明进一步的方案，截取归一化位态矢量流得到时序信号子集，提取时序信号子集的特征组合，得到离散运动特征集，包括以下步骤：

16、设定动态时间窗口，利用动态时间窗口以滑动步长将归一化位态矢量流切割为时序信号子集；

17、提取时序信号子集中的波峰极值、波谷极值与变化率参数获取特征组合；

18、将特征组合与预存储的物理基准特征库中的基础动力学模板进行比对；

19、当特征组合满足基础动力学模板设定的一组条件时，为时序信号子集附加对应的语义标识，生成离散运动特征集。

20、本发明进一步的方案，提取离散运动特征集的动力学参数，对离散运动特征集与动力学参数进行封装与散列运算，得到加密动力学报文，包括以下步骤：

21、提取离散运动特征集对应的时序排列顺序、峰值加速度与振荡频率参数作为动力学参数；

22、动力学参数遵循预设通信结构协议，打包封装为结构化动力学数据包；

23、将结构化动力学数据包进行序列化形成字节流并执行哈希散列算法，生成加密校验序列；

24、将加密校验序列注入结构化动力学数据包的前导区域，合并生成加密动力学报文。

25、本发明进一步的方案，提取离散运动特征集对应的时序排列顺序、峰值加速度与振荡频率参数作为动力学参数，包括以下步骤：

26、计算离散运动特征集包含的二阶时间导数在时间窗口内的最大绝对值作为峰值加速度；

27、对离散运动特征集包含的一阶时间导数应用快速傅里叶变换算法解析频谱，提取能量峰值点对应的频率作为振荡频率参数；

28、利用递增计数器为离散运动特征集分配对应序列编号，作为时序排列顺序。

29、本发明进一步的方案，拦截加密动力学报文，对加密动力学报文执行校验比对，得到许可状态下的加密动力学报文，包括以下步骤：

30、拦截加密动力学报文并剥离出加密校验序列与主体负载数据；

31、读取预设的校验种子参数并附加至主体负载数据形成待校验字节流；

32、对待校验字节流执行哈希散列运算，生成测试对比值；

33、执行位运算比对加密校验序列与测试对比值；

34、若判定二者的位掩码无偏差，则激活许可状态。

35、本发明进一步的方案，提取许可状态下的加密动力学报文的主体负载数据，输出目标意图类别与置信度数值，得到意图推理结果数据，包括以下步骤：

36、将主体负载数据输入预训练的贝叶斯推理网络模型，计算预设的目标意图类别的后验概率分布；

37、基于后验概率分布计算信息熵，并作为操控意图信息熵；

38、选取后验概率峰值对应的意图类别作为目标意图类别，并将后验概率峰值作为置信度数值；

39、组合目标意图类别、置信度数值及振荡频率参数，打包生成意图推理结果数据。

40、本发明进一步的方案，解析意图推理结果数据，依据目标意图类别与置信度数值调算网格图元的视觉参数，编译得到渲染指令集，包括以下步骤：

41、依据目标意图类别检索本地三维资产库，加载基础增强现实场景网格图元作为图元；

42、依据置信度数值及预设的平滑映射曲线，调算输出图元的透明度系数与轮廓发光强度值作为视觉表现属性；

43、依据意图推理结果数据携带的振荡频率参数修正图元的画面刷新帧率；

44、合并绑定图元、透明度系数、轮廓发光强度值及画面刷新帧率，编译生成渲染指令集。

45、本发明进一步的方案，提取渲染指令集中的显示终端网络地址，结合全局主时钟信号校正计算统一的画面输出时间戳，将携带时间戳的数据流分发至多层级显示终端进行同步渲染输出，包括以下步骤：

46、从渲染指令集中解析显示终端网络地址；

47、依据渲染指令集生成前景引导图像与环境三维模型数据；

48、获取全局主时钟信号，基于全局主时钟信号与画面刷新帧率计算统一的画面输出时间戳；

49、将携带时间戳的前景引导图像定向投射至第一硬件层级配置的前景透明屏幕显示终端；

50、将携带时间戳的环境三维模型数据推流至第二硬件层级配置的背景巨幕显示终端。

51、本发明进一步的方案，基于全局主时钟信号与画面刷新帧率计算统一的画面输出时间戳，包括以下步骤：

52、调用系统配置的时钟信号同步器获取当前时刻的全局主时钟信号；

53、提取包含数据渲染、编码及网络传输预估耗时的综合延时补偿值；

54、将全局主时钟信号对应的时间数值与综合延时补偿值进行加和运算，得到画面输出时间戳；

55、将画面输出时间戳编码进数据流的数据帧头中。

56、综上所述，本发明包括以下有益技术效果：

57、1.提取时序信号子集中的波峰极值、波谷极值与变化率参数获取特征组合，并与基础动力学模板进行比对生成离散运动特征集，将原始的连续空间位态信号转化为了结构化的物理状态表征。通过对用户操控行为的量化分类，为后续的意图解析提供了标准化的动力学数据支撑，解决了现有技术缺乏对连续物理动力学特征进行深度提取的问题。

58、2.引入基于哈希散列算法的加密动力学报文生成与数据校验互锁机制，在数据流转过程中构建了闭环验证链路。在提取动力学参数并封装后生成加密校验序列，并在下游模块调用前通过二次哈希运算执行位运算比对，确保了主体负载数据在系统内部传输时的完整性与防篡改性，从而降低了因数据异常或指令受损导致的误操作风险，提高了交互系统底层通信的运行可靠性。

59、3.利用预训练的贝叶斯推理网络模型对包含动力学特征的主体负载数据进行概率推理，输出具有峰值后验概率的目标意图类别及对应的置信度数值。克服了传统静态刚性规则匹配的局限性，能够基于操控行为的动态特征进行概率化映射与不确定性量化评估，有效改善了复杂操控场景下隐性交互意图的识别精度。

60、4.依据目标意图类别与置信度数值，结合平滑映射曲线调算网格图元的透明度系数与轮廓发光强度值，并利用振荡频率参数动态修正画面刷新帧率，实现了增强现实视觉参数与用户操控意图确定性的动态耦合。同时，结合全局主时钟信号校正计算统一的画面输出时间戳，驱动多层级显示终端同步渲染，弥补了传统触发机制自适应性不足的缺陷，提升了增强现实模式切换的连贯性与人机交互的自然度。