一种基于增强现实的墙体内部管线显示系统

1.本发明属于建筑物信息显示领域，尤其涉及一种基于增强现实的墙体内部管线显示系统。


背景技术：

2.墙体结构探测通常出现在房屋升级、房屋改建、管线改道、管线维护等情况下，根据施工图纸、建筑规划图或建筑装修时的实拍照片进行墙体的切割、钻孔等作业，从材料的保存性、管线的准确性与实际作业时的可操作性上来说，传统方法都存在着一定的弊端，倘若在管线位置未知或盲目依照图纸进行作业，容易因为对管线实际情况的不了解带来隐患，为避免类似情况的发生，墙体内部结构探测有着相当的必要性。
3.当前市面上出现的各类探测方案在探测端依照探测介质的不同存在着差异性，但在对数据接收后的显示端大同小异，存在着不够直观、信息反馈不够迅速的问题，不能为施工者提供直观的信息显示，在进行探测后也需要一定的时间进行判断与分析。同时对于管线的信息获取，一些方法也存在着信息更新速度慢、信息不够全面的问题，在只探测出管线平面位置信息而未获得其位置信息的情况下，作业也是存在着一定的隐患的。


技术实现要素：

4.技术问题：本发明旨在解决上述存在的部分现有探测装置获取信息局限性与大部分现有探测装置显示端信息显示不够直观的问题，提供一种基于增强现实的墙体内部管线显示系统。
5.技术方案：为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于增强现实的墙体内部管线显示系统，该系统分为三个模块：墙体数据采集模块，利用探测模块进行扫描，采集墙体内部管线结构数据；增强现实墙体模型创建模块，通过ar建模软件，进行墙体内部管线的三维建模；显示模块，用于进行实际场景数据采集、增强现实模型立体显示，将墙体内部管线结构以更直观的投影方式显示，并利用人影消除模块在施工者作业时进行辅助。
6.作为本发明的优选，所述的墙体数据采集模块，通过利用特定墙体对应的建筑规划图进行数据录入，以及利用探测模块进行扫描，对墙体内部进行数据采集，包括根据建筑规划图或探测模块的扫描结果确定墙体内管线的材料、尺寸、位置信息，所述的管线材料包括金属、塑料、光纤等。
7.作为本发明的优选，所述的增强现实墙体模型创建模块，根据所述的墙体数据采集模块采集的数据在增强现实软件上进行建模，包括：绘制样条线、样条分析处理、贴图处理、效果检查和模型优化。在建立模型完成后将建立的模型存储于内部结构模型数据库，根据实际墙体进行记录，保证模型建立的准确性。墙体建模中，包括墙体内金属管道、塑料管道、金属导线与光纤的建模。
8.作为本发明的优选，所述的显示模块，根据当前墙体位置，在所述的内部结构模型数据库中调出所述的增强现实模型创建模块建立的模型，利用多个角度的投影仪所建立的立体显示系统进行实际场景显示；根据实际场景在作业中发生的管线改道、管线增减等变化，在内部结构模型数据库中进行记录，确保作业后数据的及时更新；在模型立体显示的基础上，根据所述采集墙体数据进行特定管线的信息显示，包括：管线材料、管线位置信息。并利用相应的人体阴影消除模块保证施工者不会在作业时因为投影在自身产生的阴影而影响施工进度。
9.作为本发明的优选，所述的探测模块，其探测介质为x光与红外射线，通过发射x光与红外射线进行墙体内部管线材质探测，利用对应探测介质的接收模块对所述的墙体内部数据进行采集。
10.作为本发明的优选，所述的模型贴图中，包括建筑物蓝图、建筑物实际场景、环境光照的贴图。
11.作为本发明的优选，所述的基于增强现实的墙体内部管线模型需按照与实际场景相关的比例建立，以保证叠加模型时的准确性。
12.作为本发明的优选，所述的内部结构模型数据库中，对单一墙体内部管线的数据类型应包括其材料、尺寸、位置、生产日期、使用日期等。
13.作为本发明的优选，所述的投影仪需根据不同管线模型数据的差别进行位置和角度的调整以寻求最好的显示效果。
14.作为本发明的优选，所述的人体阴影消除模块，在投影显示的基础上，利用深度相机识别受人体遮挡投影区域，进行相应补偿，实现完整的投影效果。
15.作为本发明的优选，所述的管线的特定信息包括管线的材质信息、尺寸信息、位置信息以及使用年份、当前状况等。
16.作为本发明的优选，所述的深度相机，应与所述的多角度投影仪形成统一的数据共享系统，以保证在更新数据时的高效性。
17.有益效果：首先，将建筑规划图、装修照片等前期装修数据在数据采集模块进行录入保证了数据采集的可靠性，综合探测模块扫描数据与以上几类数据进行综合分析也可以提升模型建立时的精确度。
18.其次，运用ar增强现实技术进行建模，相较于传统建模方法更加贴近现实生活，利用前端采集的数据在unity的增强现实组件中建立墙体内部管线模型，可以让探测模块的探测结果更直观地通过显示模块显示在用户眼前。
19.最后，将用户带入ar增强现实场景中，利用立体显示墙体管线模型及相应管线数据的方式，可以有效提升针对墙体进行作业的准确度。同时利用作业时采集实景进行墙体数据的及时更新根据投影所显示相关信息的综合考虑，施工者所面临的作业时的安全隐患也会大大降低。
附图说明
20.图1是本发明的功能结构流程图；图2是本发明的墙体数据采集模块图；
图3是本发明的增强现实模型建立模块流程图；图4是本发明的显示模块示意图，其中，a1-a3投影仪、b深度相机、o模型视点；图5是本发明的显示模块流程图；图6是本发明的显示模块中的人体阴影消除模块流程图。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明。
22.如图1功能结构流程图所示，本发明包括墙体数据采集、增强现实墙体模型创建、显示模块三个模块。
23.墙体数据采集模块中，利用建筑规划图、装修照片可以对墙体内部管线数据进行初步采集，之后利用探测模块的x光与红外射线进行墙体探测，获取内部管线的材料、尺寸、位置等信息，同时利用探测模块中的图像传感器录入墙体外部信息，为相关性匹配进行准备，如图2所示。
24.增强现实墙体内部建模模块中，可以运用unity软件中的arkit、arcore等组件，对墙体内部管线，如：金属管道、塑料管道、光纤等进行增强现实建模，首先根据采集模块数据绘制二维样条线，导入unity中进行样条分析处理，然后贴图分析处理并进行检查模型实际效果，最后将模型与实际墙体一一对应并导入内部结构模型数据库中，进行一定的模型优化后导出模型，具体的建模流程如图3所示。
25.根据多投影光场显示原理，水平视差对可以使人眼观察到略有差别的图像，令大脑产生对应场景的深度信息。利用该原理设计显示模块，利用建筑物的墙体作为反射屏，将模型数据导入显示模块后，根据对应的管线模型的尺寸位置信息调整显示模块内投影仪a1-a3的位置与角度至合适位置，使当前待显示模型可以在对应位置得到清晰的显示。对于管线模型中的任意一点o，由投影仪a1-a3提供的光线经过墙体反射后，进入施工者视线范围o’点，实现在对应位置的管线重构，如图4所示。
26.由于模型立体显示模块使用多角度投影仪组发出光线，施工者的身影必然导致在墙体产生人体阴影。设置一部专门进行施工者位置探测的深度相机b，将深度相机输出的信息与投影仪投影光源强度进行处理，检测阴影出现的时间和位置，在被遮挡区域适当补偿，增加未被遮挡投影仪相应光源强度，并参考所建立的模型与原先图像，实现人体阴影的消除，流程如图5所示。例如在投影仪显示模型上o点时，深度相机b检测到来自投影仪a2的光线在o点收到遮挡，则投影仪a1与a3在o点的光线增强，从而实现阴影消除效果。
27.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。