基于虚拟现实技术的平面图像交互系统设计

李东航

摘  要： 针对原有平面交互系统图像识别效果较差的问题，设计基于虚拟现实技术的平面图像交互系统。根据系统硬件框架，设计计算机视觉控制器实现原始平面图像采集，采用Kinect传感器完成自然用户界面设计，结合原有VR设备，组成平面交互硬件;再基于系统硬件，进行系统软件设计。采用朴素贝叶斯分类算法对平面特征向量进行确定，通过确定后的特征向量进行图像物理模型构建，以模型为基础，进行脚本编写，实现基于虚拟现实技术的平面交互。实验结果表明，与原有系统相比，系统图像识别结果较为清晰。

关键词： 平面交互系统; 虚拟现实技术; 系统设计; 图像建模; 图像处理; 对比验证

中图分类号： TN911?34; TP331.25              文献标识码： A                      文章编号： 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

隨着现代科技的不断发展，人们在日常进行图像设计中所采用的技术也在不断革新。虚拟现实技术以其便利的可视化模拟与感官体验，成为工程设计与图像仿真的首要选择[1]。虚拟现实技术是一种新兴的实用技术，其将计算机、电子信息、仿真技术融为一体，将人体感觉不到的平面图像通过三维模型体现出来[2]。在多项设计中，需要对平面图像进行交互，但在原有的平面图像交互系统的处理下，图像交互效果较差，无法达到行业标准要求。

为解决原有系统无法实现的效果问题，本文基于虚拟现实技术设计平面图像交互系统。结合虚拟现实技术，提升平面交互效果。在原有平面交互系统上，对系统硬件设备进行升级改良，采用新型仪器提升图像识别分辨率。对系统软件功能进行革新，解决由于算法计算结果不精准带来的图像识别效果较差的问题。

1  平面图像交互系统硬件设计

基于过往虚拟现实技术的研究结果，设计基于虚拟现实技术的平面图像交互系统硬件，构建整体硬件框架，具体如图1所示。

在进行硬件设计时，主要以原有的VR设备为参考，并增加相关新型设备。为使系统硬件具有可连接性，选择具有相同电压的设定进行串联，完成硬件设计[3]。为对计算机图像识别进行有效控制，对计算机视觉控制器进行设计，具体设备图像如图2所示。

本文控制器内部设置了2个高像素快速摄像头和5个红外线发射装置。通过这种设计降低夜晚光线过暗或是光线过于充足造成的不良影响[4]。在图像识别与控制的过程中，对中央处理器与图像处理器进行设定。在中央处理器与图像处理器的设计过程中，选择高像素高速双核处理器，提高处理效率，为接下来的图像处理提供基础。上述控制器提供两种应用程序编程接口：一个用来获取图像信息;另一个为本地信息接口，采用C语言进行控制。

在虚拟现实技术的应用方面，本文采用Kinect进行自然用户界面的设计与实现[5]。自然用户界面是人机交互的重要平台。Kinect设备由多个传感器构成，其底部与电动马达相连接，设备的正面由红外投影仪、彩色摄像机、深度摄像机、麦克风、电动马达组成，采用USB 2.0线路连接，并在设备的一侧设定供电口。通过传感器捕捉用户的动作，并通过控制器对其进行控制，用户动作数据通过设备坐标系下的三维空间位置形式保存。

用户使用部分硬件采用HCT VIVE设置。基于原有系统硬件，本系统着重设计VIVE基站[6]。采用4个黑盒子构建一个大小30英尺×30英尺的虚拟空间，基站以每秒100脉冲的形式定时发射，然后由控制器进行提取，并采用一致性设计保证平面图像交互系统应用的广泛性。

2  平面图像交互系统软件设计

2.1  确定平面图像特征向量

为确定本文设计平面图像交互系统的可行性，采用朴素贝叶斯分类算法对平面向量特征向量进行确定[7]。设定图形空间坐标系为[xyz]，[θw]为图形向量[w]与[y]轴的夹角，则[y]轴向量[Y]可以表示为[coswywy]。设定[xyz]的平面向量设定为[i]，[x]轴向量设定为[X]，图像向量在图形空间坐标系的投影为[j]，则[j]与[x]轴的夹角计算公式为：

将获取到的图像向量角度信息设定为[θw]，[θxj]。上一帧的角度信息为[θxj1]，[θw1]。通过计算运动值，计算出平面图像的运动参数为：

将式（1）、式（2）提取到的特征向量，录入训良好的分类模型中进行分类，并进行指令转化，完成平面图像特征向量的提取与确定[8]。

2.2  建立平面图像物理模型

运用获取的平面图像特征向量进行平面图像的物理模型構建。采用物理建模可以使平面图像适应动态模型，通过物理模型使图像可以根据外界的条件作出相应的反应，实现平面模型自我调节。采用分型技术进行物理模型构建，通过将一些复杂的不规则图像进行相似特征集合，通过分类后的图像进行物理模型构建[9]。将整体模型构建过程进行设定具体流程如图3所示。通过上述流程完成平面图像的物理模型构建，通过构建结束的模型，集合虚拟现实技术编写程序脚本。

2.3  进行脚本编写

基于虚拟现实技术，采用C#语言编写脚本，同时设定脚本编辑器。选用MonoBehaviour进行脚本编写，在该编辑器中具有多个函数接口，可以保证系统的高效运行[10]，采用Update（）函数编写程序。脚本编写采用New关键字，降低了计算机的资源的占用率。在正常程序编写中，增加触发功能的编写，增强功能代码的自我调控功能，以便及时进行函数处理，提高代码执行能力。

基于虚拟现实技术的平面交互系统关键代码编写内容如下所示：

public class 平面图像EventManager：MonoBehaviour{

public delegate void 交互形式（bool is END）

public static event

////方法初始化

void Start（）{

//控制不为空

if on 平面交互END！=NU！

{  on Game End（true）;

}

}

//调用更新方法

void Update {}

}

}

通过上述代码，实现了平面图像交互的设定。将代码通过计算机传输至Kinect 传感器，并利用传感器控制整体硬件，完成平面交互。结合系统硬件设计与系统软件设计，完成基于虚拟现实技术的平面图像交互系统的设计。

3  系统性能测试

为保证本文设计的基于虚拟现实技术的平面图像交互系统的科学性，对系统性能进行了测试。通过对比原有系统与本文设计系统的图像辨识度来验证本文设计系统的优越性。

3.1  系统测试准备过程

为了保证实验测试环境适合虚拟现实技术的应用，对测试环境进行设置，具体测试环境参数如表1所示。

在上述参数下进行测试环境构建，识别图像完成对比实验。设定测试样本如图4所示。

在上述参数进行原始图像的识别，并将识别结果进行对比。在测试的过程中，不计入外界因素的干扰与像素问题，只分析图像完整度。

3.2  系统测试结果分析

通过对比实验得出原有系统与本文系统图像识别效果如图5所示。

通过对交互系统的性能测试，得出相应的图像识别结果。从图5可以看出，原有系统识别出的图像模糊度较大，本文设计系统识别结果为边缘模糊。采用本文系统进行平面图像交互，可以重建图像，提高系统交互效果。原有模型图像模糊部分较大，无法进行图像重建，影响平面交互效果。由此可知，本文设计的基于虚拟现实技术的平面图像交互系统更加具有优越性。

4  结  语

虚拟现实技术是一种新兴的高科技技术，并迅速的应用到各行各业之中，在不同的行业中都能体验的使用虚拟现实技术进行平面交互的优越性。通过使用平面交互成果，体验到沉浸式虚拟现实技术的乐趣。随着虚拟现实技术的不断成熟，变革了人与设备的交互手段，提升了平面交互效果。另一方面，随着市场的不断扩大，虚拟现实技术的平面图像交互还有许多瓶颈需要突破，技术的成熟才可以推动系统的推广，虚拟现实技术的研究道路依旧漫长。

参考文献

[1] 李静蓉，倪建龙，陈锐奇，等.基于虚拟现实交互的虚拟锻造工艺实习系统设计[J].实验室研究与探索，2017，36（4）：87?89.

[2] 李晋，谢晓添，姬庆庆，等.基于虚拟现实技术的手功能康复训练系统设计与实现[J].电脑与信息技术，2017，25（1）：35?37.

[3] 郭巍，武平，苏颖，等.基于虚拟现实的实时贴图在环境修复的研究[J].电子设计工程，2018，26（14）：10?13.

[4] 魏育坤.基于Unity3D的虚拟现实交互系统的设计与实现[J].电子技术与软件工程，2018（14）：59?60.

[5] 吕屏，杨鹏飞，李旭.基于VR技术的虚拟博物馆交互设计[J].包装工程，2017，54（24）：137?141.

[6] 林炜诗.VR技术在交互设计中的应用[J].企业科技与发展，2018（11）：158?159.

[7] 吴文豪，周婕.基于虚拟现实技术的建筑室内沉浸式漫游展示与交互设计[J].科技视界，2018（13）：26?27.

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[9] 张青，任宏.智能人机交互通信系统设计与实现[J].现代电子技术，2018，41（20）：183?186.

[10] 向文欣，李武，王宏旭.基于虚拟现实的三维漫游校园系统的开发与设计[J].电子设计工程，2017，25（18）：38?41.