基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法
专利汇可以提供基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于 增强现实 的虚实 碰撞检测 及响应方法。该方法的操作步骤为：①对摄像头获得的实际物体进行预处理；②进行实际物体姿势估计和 运动估计 ；③根据虚拟物体质心到碰撞平面的 位置 关系进行虚实碰撞检测；④根据检测结果进行虚实碰撞响应；⑤ 修改 虚拟图形并 渲染 输出。该方法仅计算实际物体四个特征点的三维碰撞检测方法，就能获得较真实的三维虚实碰撞响应效果，计算复杂度较低，实现了基于单目视觉的三维虚实碰撞检测与响应。，下面是基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法专利的具体信息内容。
1.一种基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法，其特征在于，操作步骤为：①对摄像头获得的实际物体进行预处理，②进行实际物体姿势估计和运动估计，③根据虚拟物体质心到碰撞平面的位置关系进行虚实碰撞检测，④根据检测结果进行虚实碰撞响应，⑤修改虚拟图形并渲染输出。
2.根据权利要求1所述基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法，其特征在于所述步骤①，对摄像头获得的实际物体预处理过程是：对关键帧进行图像分割、特征点提取，获得屏幕坐标系中特征点的坐标集；具体步骤操作步骤如下：
（1）、通过单目摄像头获取实际物体的关键帧图像；
（2）、输入捕获的图像；
（3）、对图像进行肤色检测；
（4）、对步骤（3）处理结果进行连通域检测；
（5）、计算连通域面积并去除小面积的区域；
（6）、通过掌纹的特征，进行四个矩形分布的特征点提取；
（7）、预处理过程结束。
3.根据权利要求1所述基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法，其特征在于，所述步骤②进行实际物体姿势估计和运动估计的方法是：通过计算世界坐标系到屏幕坐标系的变换矩阵，获得对应点的坐标，计算碰撞平面法向量进行实际物体姿势估计，并对当前时刻的实际物体进行运动估计；具体操作步骤如下：
（8）、实际物体的姿势估计和运动估计过程开始；
（9）、根据步骤①获得的特征点，计算变换矩阵；
（10）、计算特征点在世界坐标系中的坐标；
（11）、计算特征点构成的碰撞平面的单位法向量 ；
（12）、根据步骤（10）获得结果，计算碰撞平面的质心；
（13）、根据碰撞平面的质心计算实际物体的运动向量 ；
（14）、实际物体的姿势估计和运动估计过程结束。
4.根据权利要求1所述基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法，其特征在于，所述步骤③中进行虚实碰撞检测的方法是：将虚拟物体近似为一个球体，虚拟物体与实际物体碰撞近似为球与平面的碰撞；虚拟物体球的质心到碰撞平面的距离即是质心到特征点的向量在平面法向量上的投影，此时虚实碰撞检测的前提条件就是此距离不大于球的半径；如不满足前提条件即可判定不产生虚实碰撞，当满足此条件，则计算出质心在碰撞平面的投影，并且判断其是否在特征点所围成的碰撞区域内部；如果满足条件，则碰撞点在碰撞区域内部，未满足条件则计算此质心投影到碰撞区域边缘的距离是否小于等于球的半径；如果不满足条件，则不发生虚实碰撞，如满足条件，则计算虚拟物体的质心的位置是否在两特征点之间；满足条件则碰撞点的位置在碰撞区域边缘，如不满足条件，则继续计算虚拟物体的质心到任意四个特征点之一的距离是否小于等于球的半径；满足条件，则发生碰撞，碰撞点位置在此特征点上，不满足则不产生虚实碰撞；具体操作步骤如下：
（15）、碰撞检测过程开始；
（16）、虚拟物体质心到碰撞平面的距离d是否满足条件d≤τr ？如果满足，则转步骤（17），否则转步骤（22）；
（17）、计算虚拟物体质心在碰撞平面的投影G’是否在四个特征点围成的碰撞区域内？如果是在碰撞区域内，则转步骤（21），否则转步骤（18）；
（18）、计算步骤（17）所得投影G’到碰撞区域边缘的距离 是否满足条件 ≤τr ？如果满足，则转步骤（19），否则转步骤（22）；
（19）、虚拟物体的质心，在任意两特征点组成的碰撞边缘线上的投影，是否在两特征点之间？是则转步骤（21），否则转步骤（20）；
（20）、虚拟物体的质心到任意四个特征点之一的距离 是否满足条件 ≤τr？是则转步骤（21），否则转步骤（22）；
（21）、发生了虚实碰撞；
（22）、碰撞检测过程结束。
5.根据权利要求1所述基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法，其特征在于，所述步骤④中的虚实碰撞响应的方法是：如未发生虚实碰撞，则下一帧虚拟物体的运动向量与此帧虚拟物体的运动向量相同；如发生了虚实碰撞，计算碰撞平面的法向量与虚拟物体的运动向量夹角是否在90°到180°间，在此区间则下一帧虚拟物体的运动向量等于虚拟物体运动向量在碰撞平面法向量上的投影向量、虚拟物体运动向量与冲量之和；不在区间内则下一帧虚拟物体的运动向量为此刻虚实物体运动向量之和；具体操作步骤如下：
（23）、碰撞响应过程开始；
（24）、计算虚拟物体的运动向量 ；
（25）、是否发生了虚实碰撞？是则转步骤（26），否则转步骤（28）；
（26）、碰撞平面的法向量与虚拟物体的运动向量夹角在（90°，180°]？夹角处在其间，则转步骤（27），否则转步骤（29）；
（27）、下一帧虚拟物体的运动向量
，转步骤（30）；
（28）、下一帧虚拟物体的运动向量 ，转步骤（30）；
（29）、下一帧虚拟物体的运动向量
（30）、碰撞响应过程结束。
6.根据权利要求1所述基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法，其特征在于，所述步骤⑤修改虚拟图形并渲染输出是：根据虚实碰撞响应结果，计算虚拟物体的运动，根据增强现实技术进行虚拟物体注册，最后进行渲染输出。
基于增强现实的虚实碰撞检测及响应方法
技术领域
割、并通过根据手掌掌纹进行特征点提取，获得屏幕坐标系中特征点的坐标 、 ，这些特征点数量为4点，分布规律呈正方形。
其中， 是世界坐标系( , , )到摄像头坐标系( , , )的变换
矩阵。在 中 为选择矩阵， 为平移矩阵。在获得特征点后，通过获得碰撞平面的法向量 ；获得 后，计算出质心C（ ）。则求得t时刻的
实际物体的运动向量 。
其中r为球的半径，τ为G到碰撞平面Π的距离占r的比例。如不满足条件即不产生虚实碰撞。当满足此条件，则计算出质心G在碰撞平面的投影G’。并且判断是否G’在有特征点 所围成的碰撞区域内部：
；
如果满足此条件则，碰撞点在碰撞区域内部，未满足条件则计算G’到碰撞区域边缘的距离 是否满足条件 ≤τr。例如计算G’到边缘 的情况，则计算下式：
；
如果不满足上式则不发生虚实碰撞。如满足条件则计算是否虚拟物体的质心G在两特征点之间。在则说明碰撞点在碰撞区域边缘，如不满足条件，则继续计算条件虚拟物体的质心到任意四个特征点之一的距离 是否满足条件 ≤τr。满足条件则发生碰撞，碰撞点在此特征点。不满足则说明不产生虚实碰撞。
⑤、利用上述碰撞响应结果，计算虚拟物体的运动，根据增强现实技术进行虚拟物体注册，最后进行虚拟物体渲染并显示输出，进行新的循环。
具体实施方式
②、实际物体的姿势估计和运动估计；
③、虚实物体球对面碰撞检测过程；
④、虚实物体球对面碰撞响应过程；
⑤、渲染输出。
（2）、输入捕获的图像；
（3）、对图像进行肤色检测；
（4）、对步骤（3）处理结果进行连通域检测；
（5）、计算连通域面积并去除小面积的区域；
（6）、通过掌纹的特征，进行四个矩形分布的特征点提取；
（7）、预处理过程结束。
（9）、根据步骤①获得的特征点，计算变换矩阵；
（10）、计算特征点在世界坐标系中的坐标；
（11）、计算特征点构成的碰撞平面的单位法向量 ；
（12）、根据步骤（10）获得结果，计算碰撞平面的质心；
（13）、根据碰撞平面的质心计算实际物体的运动向量 ；
（14）、实际物体的姿势估计和运动估计过程结束。
（16）、虚拟物体质心到碰撞平面的距离d是否满足条件d≤τr ？如果满足，则转步骤（17），否则转步骤（22）；
（17）、计算虚拟物体质心在碰撞平面的投影G’是否在四个特征点围成的碰撞区域内？如果是在碰撞区域内，则转步骤（21），否则转步骤（18）；
（18）、计算步骤（17）所得投影G’到碰撞区域边缘的距离 是否满足条件 ≤τr ？如果满足，则转步骤（19），否则转步骤（22）；
（19）、虚拟物体的质心，在任意两特征点组成的碰撞边缘线上的投影，是否在两特征点之间？是则转步骤（21），否则转步骤（20）；
（20）、虚拟物体的质心到任意四个特征点之一的距离 是否满足条件 ≤τr？是则转步骤（21），否则转步骤（22）；
（21）、发生了虚实碰撞；
（22）、碰撞检测过程结束。
（24）、计算虚拟物体的运动向量 ；
（25）、是否发生了虚实碰撞？是则转步骤（26），否则转步骤（28）；
（26）、碰撞平面的法向量与虚拟物体的运动向量夹角在（90°，180°]？夹角处在其间，则转步骤（27），否则转步骤（29）；
（27）、下一帧虚拟物体的运动向量
，转步骤（30）；
（28）、下一帧虚拟物体的运动向量 ，转步骤（30）；
（29）、下一帧虚拟物体的运动向量
（30）、碰撞响应过程结束。
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