一种AR增强现实给排水工程可视化方法、装置及系统与流程

一种ar增强现实给排水工程可视化方法、装置及系统
技术领域
1.本发明涉及ar增强实现领域，特别是涉及一种ar增强现实给排水工程可视化方法、装置及系统。


背景技术：

2.与人们生活中息息相关的给排水工程，关乎到千家万户基本的日常需求。当对给排水工程墙体内的已有水管管路施工进行改造时，由于墙体内的水管管路不可见，就需要对水管管路所在墙体全部进行拆除和改造，导致施工量大，以及施工效率低。
3.给排水工程是房屋建筑安装专业必修的基础课程，是典型的理论与实践相结合的课程，具有偏重技能实操的特点。但是在实际教学中，一般利用图纸讲解水管管路施工方案，无法让学生直观感受实际施工过程和水管管路施工布局。
4.因此，对墙体内的水管管路可视化，并根据可视化施工布局对现有工程进行精确的改进，是提高施工效率和施工精确性的必要手段。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种ar增强现实给排水工程可视化方法、装置及系统，以实现给排水工程墙体内水管管路的可视化，提高施工效率和施工精确性。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种ar增强现实给排水工程可视化方法，包括：在目标水管墙体上标记多个标识点；多个所述标识点组成的区域囊括目标水管的管路；基于全反射原理，获取目标水管墙体的真实图像；拍摄包含有多个所述标识点的目标水管墙体图像，并识别目标水管墙体图像中每个标识点的位置；根据所述标识点的位置构建墙体位置平面；对目标水管注入热水或微波加热所述目标水管；获取目标水管的红外影像，并将所述红外影像转换成重合于墙体位置平面的3d目标水管红外影像；将所述3d目标水管红外影像契合于目标水管墙体的真实图像中，形成可视化的目标水管墙体红外影像。
7.可选的，所述根据所述标识点的位置构建墙体位置平面，具体包括：任意选取多个标识点中的四个点；根据四个标识点中任意三个标识点的位置确定一个特征面；判断任意两个特征面的夹角是否均小于角度阈值，获得判断结果；若所述判断结果表示是，则任意选取三个标识点，并根据选取的三个标识点的位置，构建墙体位置方程为ax+by+cz+d=0；其中，a、b、c分别表示方程的第一、第二、第三系数，
d表示常数，a=(y
2-y1)(z
3-z1)-(z
2-z1)(y
3-y1)，b=(x
3-x1)(z
2-z1)-(x
2-x1)(z
3-z1)，c=(x
2-x1)(y
3-y1)-(x
3-x1)(y
2-y1)，d=-(ax1+by1+cz1)，（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、(x3,y3,z3)分别表示选取的三个标识点的坐标；若所述判断结果表示否，则检查没有直接标记在墙体表面的标记点，并在目标水管墙体表面重新标记标识点；根据重新标记的标识点，返回步骤“根据多个标识点中任意三个标识点的位置确定一个特征面”。
8.可选的，将所述红外影像转换成重合于墙体位置平面的3d目标水管红外影像，具体包括：根据墙体位置平面，确定左眼红外影像和右眼红外影像的视差，并将带有视差的红外影像作为重合于墙体位置平面的3d目标水管红外影像。
9.可选的，将所述3d目标水管红外影像契合于目标水管墙体的真实图像中，形成可视化的目标水管墙体红外影像，具体包括：将带有视差的红外影像切分为左眼红外影像和右眼红外影像；依据所述视差，分别将左眼红外影像和右眼红外影像经投影放大后，与目标水管墙体的真实图像契合，形成可视化的目标水管墙体红外影像。
10.一种ar增强现实给排水工程可视化装置，所述可视化装置包括：ar眼镜；所述ar眼镜采用前述的ar增强现实给排水工程可视化方法。
11.可选的，所述ar眼镜包括：rgb摄像头、红外摄像头、红外感光阵列芯片、微显示器、光学系统、光波导片和处理器；rgb摄像头与处理器连接；所述rgb摄像头用于拍摄包含有多个标识点的目标水管墙体图像，并将所述目标水管墙体图像传输至处理器；所述处理器用于识别所述目标水管墙体图像中各个标识点的位置，并根据标识点的位置确定墙体位置平面；红外感光阵列芯片分别与红外摄像头和处理器连接；红外摄像头用于拍摄目标水管的红外影像，并将红外影像经红外感光阵列芯片后传输至处理器；处理器与微显示器连接；所述处理器还用于根据所述墙体位置平面，确定红外影像的视差，并将带有视差的红外影像传输至微显示器；所述微显示器用于将带有视差的红外影像通过光学系统放大并投影后，投射至光波导片；所述光波导片用于全反射目标水管墙体，并将全反射的目标水管墙体的真实图像与带有视差的红外影像契合，形成可视化的目标水管墙体红外影像后出射，投入人眼。
12.一种ar增强现实给排水工程可视化系统，包括：标记模块，用于在目标水管墙体上标记多个标识点；多个所述标识点组成的区域囊括目标水管的管路；全反射模块，用于基于全反射原理，获取目标水管墙体的真实图像；位置识别模块，用于拍摄包含有多个所述标识点的目标水管墙体图像，并识别目标水管墙体图像中每个标识点的位置；墙体位置平面构建模块，用于根据所述标识点的位置构建墙体位置平面；
注入模块，用于对目标水管注入热水或微波加热所述目标水管；转换模块，用于获取目标水管的红外影像，并将所述红外影像转换成重合于墙体位置平面的3d目标水管红外影像；契合模块，用于将所述3d目标水管红外影像契合于目标水管墙体的真实图像中，形成可视化的目标水管墙体红外影像。
13.可选的，所述墙体位置平面构建模块，具体包括：标识点选取子模块，用于任意选取多个标识点中的四个点；特征面确定子模块，用于根据四个标识点中任意三个标识点的位置确定一个特征面；判断子模块，用于判断任意两个特征面的夹角是否均小于角度阈值，获得判断结果；墙体位置方程构建子模块，用于若所述判断结果表示是，则任意选取三个标识点，并根据选取的三个标识点的位置，构建墙体位置方程为ax+by+cz+d=0；其中，a、b、c分别表示方程的第一、第二、第三系数，d表示常数，a=(y
2-y1)(z
3-z1)-(z
2-z1)(y
3-y1)，b=(x
3-x1)(z
2-z1)-(x
2-x1)(z
3-z1)，c=(x
2-x1)(y
3-y1)-(x
3-x1)(y
2-y1)，d=-(ax1+by1+cz1)，（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、(x3,y3,z3)分别表示选取的三个标识点的坐标；重新标记子模块，用于若所述判断结果表示否，则检查没有直接标记在墙体表面的标记点，并在目标水管墙体表面重新标记标识点；循环子模块，用于根据重新标记的标识点，返回步骤“根据多个标识点中任意三个标识点的位置确定一个特征面”。
14.可选的，所述转换模块，具体包括：重合子模块，用于根据墙体位置平面，确定左眼红外影像和右眼红外影像的视差，并将带有视差的红外影像作为重合于墙体位置平面的3d目标水管红外影像。
15.可选的，所述契合模块，具体包括：切分子模块，用于将带有视差的红外影像切分为左眼红外影像和右眼红外影像；可视化子模块，用于依据所述视差，分别将左眼红外影像和右眼红外影像经投影放大后，与目标水管墙体的真实图像契合，形成可视化的目标水管墙体红外影像。
16.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开一种ar增强现实给排水工程可视化方法、装置及系统，首先利用标识点构建墙体位置平面，然后获取目标水管的红外影像，将红外影像转换成重合于墙体位置平面的3d目标水管红外影像，最后契合于目标水管墙体的真实图像中，形成可视化的目标水管墙体红外影像，实现了给排水工程墙体内水管管路的可视化，使得完整施工后的案例可以进行可视化讲解，可以使学生直观的感受到施工过程以及施工布局；且为施工工人提供可视化的现有的施工布局，对现有的工程进行精确的改造，从而提高施工效率与施工的精确性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例1提供的一种ar增强现实给排水工程可视化方法的流程图；图2为本发明实施例1提供的墙体位置平面构建时的判断条件示意图；图3为本发明实施例1提供的影像重合原理图；图4为本发明实施例1提供的契合原理图；图5为本发明实施例2提供的ar眼镜的工作原理示意图；图6为本发明实施例2提供的ar眼镜的结构示意图；图7为本发明实施例2提供的ar眼镜的工作流程示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明的目的是提供一种ar增强现实给排水工程可视化方法、装置及系统，以实现给排水工程墙体内水管管路的可视化，提高施工效率和施工精确性。
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
22.实施例1本发明实施例提供了一种ar增强现实给排水工程可视化方法，如图1所示，包括：步骤1，在目标水管墙体上标记多个标识点；多个标识点组成的区域囊括目标水管的管路。
23.标识点一般布设在目标水管墙体的四个角位置，使得标记点组成的区域能够涵盖该墙体内的所有水管管路。标识点为绿色且带十字标记，便于识别标记点的位置。
24.步骤2，基于全反射原理，获取目标水管墙体的真实图像。
25.步骤3，拍摄包含有多个标识点的目标水管墙体图像，并识别目标水管墙体图像中每个标识点的位置。
26.采用图像处理技术识别标识点的位置，该识别技术为现有方法。
27.步骤4，根据标识点的位置构建墙体位置平面。
28.示例性的，构建墙体位置平面的具体过程如下：4-1，任意选取多个标识点中的四个点；4-2，根据四个标识点中任意三个标识点的位置确定一个特征面；4-3，判断任意两个特征面的夹角是否均小于角度阈值，获得判断结果；4-4，若判断结果表示是，则任意选取三个标识点，并根据选取的三个标识点的位置，构建墙体位置方程为ax+by+cz+d=0；其中，a、b、c分别表示方程的第一、第二、第三系数，d表示常数，a=(y
2-y1)(z
3-z1)-(z
2-z1)(y
3-y1)，b=(x
3-x1)(z
2-z1)-(x
2-x1)(z
3-z1)，c=(x
2-x1)(y
3-y1)-(x
3-x1)(y
2-y1)，d=-(ax1+by1+cz1)，（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、(x3,y3,z3)分别表示选取的三个标识点的坐标；
4-5，若判断结果表示否，则检查没有直接标记在墙体表面的标记点，并在目标水管墙体表面重新标记标识点；4-6，根据重新标记的标识点，返回步骤“根据多个标识点中任意三个标识点的位置确定一个特征面”。
29.优选方式，标记点的总数量为4个，选取四个点中的三个点构建墙体位置平面。这时可以产生四组特征面的空间数据，即运算面数目：=4。其中4为作为标识的四个点，3为选取运算的点数，可以得4个特征面信息。类比所得4个特征面数据，取任意两个面的组合数：=6，其中4为拾取的总特征面数目，2为选取任意两个特征面，有6种组合。当任意两个特征面拾取的夹角θ（如图2所示）小于一定角度时，则认为构建的墙体位置是精确的。如果有任意两个面之间的夹角不符合要求则重新标记参考点获取位置继续计算。设置θ角为3-10
°
。
30.步骤5，对目标水管注入热水或微波加热目标水管。
31.此时，水管内热水呈现热效应，向外辐射红外光波信息，利用红外摄像头就可以拍摄到水管管路的红外成像。
32.步骤6，拍摄目标水管的红外影像，并将红外影像转换成重合于墙体位置平面的3d目标水管红外影像。
33.参照图3，重合过程为：根据墙体位置平面，确定左眼红外影像和右眼红外影像的视差，并将带有视差的红外影像作为重合于墙体位置平面的3d目标水管红外影像。
34.通过左右眼的一个图像视差调整，使得显示画面最终调整到实际的空间位置上。
35.步骤7，将3d目标水管红外影像契合于目标水管墙体的真实图像中，形成可视化的目标水管墙体红外影像。
36.示例性的，参照图4，契合过程具体包括：将带有视差的红外影像切分为左眼红外影像和右眼红外影像；依据视差，分别将左眼红外影像和右眼红外影像经投影放大后，与目标水管墙体的真实图像契合，形成可视化的目标水管墙体红外影像。
37.本发明针对给排水工程墙体内的水管施工周期长、施工完成后不可见的特点进行改进，使得完整施工后的案例可以进行可视化讲解，可以使学生直观的感受到施工过程以及施工布局。同时本发明为施工工人提供可视化的现有的施工布局，可以有效的辅助给排水工程的改造施工，对施工的精确性，及目的性大大提升，从而提高施工效率。
38.实施例2本发明实施例提供一种ar增强现实给排水工程可视化装置，如图5所示，可视化装置包括：ar眼镜；ar眼镜采用前述的ar增强现实给排水工程可视化方法。
39.图5中，上方的四边形表示给排水工程墙体，直角形的示意为给排水水管，在墙体表面设置有4个绿色十字架的标识点，在可视化教学或施工过程中，学生或施工人员佩戴ar增强显示智能终端，ar眼镜中可以将墙体的内给排水走线管路，进行可视化。四个绿色的标识点，用于被识别，可检测出墙体位置，另一方面利用获取的墙体位置，将识别后的墙体可视化给排水布局管路影响契合于实际墙体。
40.示例性的，如图6所示，ar眼镜包括：rgb摄像头、红外摄像头、红外感光阵列芯片、微显示器、光学系统、光波导片和处理器。
41.rgb摄像头与处理器连接；rgb摄像头用于拍摄包含有多个标识点的目标水管墙体图像，并将目标水管墙体图像传输至处理器。处理器用于识别目标水管墙体图像中各个标识点的位置，并根据标识点的位置确定墙体位置平面。
42.红外感光阵列芯片分别与红外摄像头和处理器连接；红外摄像头用于拍摄目标水管的红外影像，并将红外影像经红外感光阵列芯片后传输至处理器。处理器与微显示器连接；处理器还用于根据墙体位置平面，确定红外影像的视差，并将带有视差的红外影像传输至微显示器。微显示器用于将带有视差的红外影像通过光学系统放大并投影后，投射至光波导片。光波导片用于全反射目标水管墙体，并将全反射的目标水管墙体的真实图像与带有视差的红外影像契合，形成可视化的目标水管墙体红外影像后出射，投入人眼。
43.ar眼镜的具体工作流程如图7所示。
44.本发明不需要在挖开/剥离墙体的情况下，对已有的给排水施工教学案例，可以看到墙体内部的水管管路施工布局，便于形象具体的阐述案例进行教学。
45.实施例3本发明实施例提供了一种ar增强现实给排水工程可视化系统，包括：标记模块，用于在目标水管墙体上标记多个标识点；多个标识点组成的区域囊括目标水管的管路；全反射模块，用于基于全反射原理，获取目标水管墙体的真实图像；位置识别模块，用于拍摄包含有多个标识点的目标水管墙体图像，并识别目标水管墙体图像中每个标识点的位置；墙体位置平面构建模块，用于根据标识点的位置构建墙体位置平面；注入模块，用于对目标水管注入热水或微波加热目标水管；转换模块，用于拍摄目标水管的红外影像，并将红外影像转换成重合于墙体位置平面的3d目标水管红外影像；契合模块，用于将3d目标水管红外影像契合于目标水管墙体的真实图像中，形成可视化的目标水管墙体红外影像。
46.墙体位置平面构建模块，具体包括：标识点选取子模块，用于任意选取多个标识点中的四个点；特征面确定子模块，用于根据四个标识点中任意三个标识点的位置确定一个特征面；判断子模块，用于判断任意两个特征面的夹角是否均小于角度阈值，获得判断结果；墙体位置方程构建子模块，用于若判断结果表示是，则任意选取三个标识点，并根据选取的三个标识点的位置，构建墙体位置方程为ax+by+cz+d=0；其中，a、b、c分别表示方程的第一、第二、第三系数，d表示常数，a=(y
2-y1)(z
3-z1)-(z
2-z1)(y
3-y1)，b=(x
3-x1)(z
2-z1)-(x
2-x1)(z
3-z1)，c=(x
2-x1)(y
3-y1)-(x
3-x1)(y
2-y1)，d=-(ax1+by1+cz1)，（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、(x3,y3,z3)分别表示选取的三个标识点的坐标；重新标记子模块，用于若判断结果表示否，则检查没有直接标记在墙体表面的标记点，并在目标水管墙体表面重新标记标识点；循环子模块，用于根据重新标记的标识点，返回步骤“根据多个标识点中任意三个
标识点的位置确定一个特征面”。
47.转换模块，具体包括：重合子模块，用于根据墙体位置平面，确定左眼红外影像和右眼红外影像的视差，并将带有视差的红外影像作为重合于墙体位置平面的3d目标水管红外影像。
48.契合模块，具体包括：切分子模块，用于将带有视差的红外影像切分为左眼红外影像和右眼红外影像；可视化子模块，用于依据视差，分别将左眼红外影像和右眼红外影像经投影放大后，与目标水管墙体的真实图像契合，形成可视化的目标水管墙体红外影像。
49.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
50.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。