基于HoloLens的非接触式测量方法

作者:黄静;杨博雄;陈嘉杰; 刊名:计算机系统应用 上传者:魏倩

【摘要】运用微软混合现实技术产品Holo Lens,提出了一种具有交互功能的非接触测量方法.利用Holo Lens深度摄像头实现测量空间的扫描,通过凝视和手势功能确定测量目标点,从而可以进行非接触式测量,自动计算目标点之间的距离、面积和体积,此外还通过语音识别功能来进行交互.相对于传统的测量工具而言,本文开发的交互测量工具使得人们可以用更自然的交互方式进行非接触式测量,所测量的范围更大更广,不仅可以测量距离,同时还可以自动计算面积和体积,有些不方便尺子测量的地方,通过本文研究的非接触式测量工具可以进行测量,具有一定的应用价值.

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混合现实技术(Mixed Reality,MR)是由“智能硬件之父”多伦多大学教授Steve Mann提出.混合现实技术是通过计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象,并通过传感技术将虚拟对象叠加到真实环境中,真实的环境和虚拟的对象实时地显示在同一个画面或空间,用户利用显示设备,便可以看到一个感官效果真实的新环境.混合现实技术涉及到多种最新的计算机应用技术,包括计算机视觉、计算机图形学、多媒体、网络技术等,来描述对我们空间的感觉,它可以让我们跟这些物体或者照片进行互动,跟虚拟世界进行互动[1–6].现实生活中很多时候需要测量距离、计算某些场地面积的体积,但往往因障碍物无法直接测量距离,也无法自动计算面积和空间体积.混合现实技术这种黑科技的发展给我们带来炫酷体验的同时,还能解决测量过程中目前无法解决的这些问题.本文提出了一种基于混合现实技术的交互非接触式测量方法.这种方法借助微软混合现实技术产品-Holo Lens头盔的深度摄像头的空间扫描功能,通过人的目测和手势能够确定场景中的测量点,从而通过自行开发的测量软件自动计算目标点之间的距离、面积和体积等功能,此外还能运用语音识别功能来进行交互.通过本文研发的交互测量工具能使人们用自然的交互方式进行非接触式测量,相对于传统的测量工具而言,测量过程中人的双手被释放,本文开发的交互测量工具所测量的范围更大更广,不仅可以测量距离,同时还可以自动计算面积和体积,有些不方便尺子测量的地方,通过本文的非接触式测量工具可以进行轻松测量.2 Holo Lens技术原理2015年1月22日微软正式发布自主研发的混合现实黑科技技术产品——Holo Lens虚拟头盔设备,如图1所示[7].图1 Holo Lens头盔眼镜用户戴上Holo Lens头盔眼镜可置身虚实相结合的场景中并可进行互动.Holo Lens配置了若干传感器,包括惯性测量装置、环境光感应器、四个环境感应摄像头和深度感应摄像头等,如图2所示.这些设施使得Holo Lens能够实时描绘出当前的空间,对环境进行实时扫描,并以Holo Lens深度摄像头中心点为空间坐标原点,水平方向为X坐标轴,垂直方向为Y坐标轴,深度方向为Z坐标轴,如图3所示,此坐标系为基于笛卡尔坐标系的世界坐标系,所观测的空间物体位置由此坐标系来定位,Holo Lens头盔所观测的虚拟物体和真实物体都共用这一个坐标系,它们的单位都是米,这是一种1:1的现实世界尺度,会极大地增加真实感.因此Holo Lens能识别环境中的平面、墙体以及桌面等较大的物体.Holo Lens有跟踪以及空间锚点等功能.微软还给Holo Lens配置了自创的全息处理单元(HPU),用来处理用于实时扫描和处理海量级数据[8].图2 Holo Lens配置图图3 Holo Lens坐标系的建立现阶段,Holo Lens只有三种交互方式:凝视功能(Gaze)、手势功能(Gesture)和音功能(Voice).凝视的功能是通过Holo Lens上的传感器向用户的前方发射一条射线来实现,用体验者的头部来控制方向,发射出来的射线可以识别它所碰撞的物体,检测到碰撞的物体之后,Holo Lens上的光标会有一个小圆点,告诉用户检测到对象,可以进行相关的操作.Holo Lens通过前面的四个摄像头识别用户的左右手的手势,Holo Lens目前为用户提供了两种手势,一种是确认手势(Air Tap),一种是返回或取消手势(Boom).Air Tap手势是伸出手指,将食指和大拇指伸出,首先张开,然后并拢,这样Holo Lens就

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