场景漫游的路径规划方法、系统、装置、存储介质与流程

1.本发明涉及领域基于特定计算模型的计算机系统技术领域，尤其涉及一种场景漫游的路径规划方法、系统、装置、存储介质。


背景技术：

2.在面向虚拟场景漫游的自定义路径领域，实现实时漫游的手段比较多。例如多张二维全景图切换，来达到视点切换漫游的效果；公开号为cn108257219a的发明专利申请披露了一种实现全景多点漫游的方法，该漫游方法虽然依照漫游路径进行漫游，但仍然是二维全景图的随机切换，空间感不强。
3.漫游的另一种手段是利用于计算机视觉手段对采样的全景图进行三维重建，在三维重建模型中漫游时，切换体验效果大大得到提升，基于ue4或unity 3d渲染引擎对场景进行实时渲染，可以实现完全自由地对场景进行漫游。但是对终端设备的硬件配置要求高同时对硬件配件依赖较大，这种方案很不适合终端设备硬件配置不高的情况。
4.公开号为cn109461210a的发明专利申请公开了一种在线家装的全景漫游方法，此方法是基于三维重建后的户型模型基础上实现的全景漫游。需要在服务器预存储的户型三维模型和多个相机位置，渲染获得所有相机位置对应的全景图，然后对预储存的户型三维模型进行简化和压缩，获得户型简化模型；终端加载户型简化模型和全景图，并以全景图对应的相机位置作为户型简化模型渲染时的相机位置，采用着色器将全景图对应的像素反投影到户型简化模型上，实现对户型简化模型的场景渲染。该方法虽然会降低计算消耗，但是只适用于预存储三维模型和多个相机位置的前提下进行，需提前将以上多个步骤完成才能看到漫游效果而且不能实时可见，效率较低；并且此方法具有非常强的专业性，需要相关人员具有丰富的专业知识。


技术实现要素：

5.本技术公开了一种不需要依托高配置硬件设备、不需要预存三维模型、可以自定义路径规划的场景漫游的路径规划方法。
6.本技术的技术方案如下：一种场景漫游的路径规划方法，包括以下步骤：s1：在待漫游的场景中设置漫游相机，基于若干个漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置，获取若干个对应相机视角的视野参数；s2：将漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置、对应相机视角的视野参数保存为视角，若干个视角组成视角列表；s3：设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，完成在选定的视角间的漫游。
7.优选s3中设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，具体包括以下步骤：
对当前视角与下一视角的相机位置在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的相机位置在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的相机位置在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的相机位置在y方向上的坐标值、每帧的相机位置在z方向上的坐标值，进行场景渲染。
8.优选s3中设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，具体包括以下步骤：对当前视角与下一视角的相机旋转角度在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的相机旋转角度在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的相机旋转角度在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的相机旋转角度在y方向上的坐标值、每帧的相机旋转角度在z方向上的坐标值，进行场景渲染。
9.优选s3中设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，具体包括以下步骤：对当前视角与下一视角的目标位置在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的目标位置在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的目标位置在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的目标位置在y方向上的坐标值、每帧的目标位置在z方向上的坐标值，进行场景渲染。
10.优选s2中视角中包括当前视角与下一视角的视角切换速度、停留时长信息。
11.还包括s4：对视角列表中的视角按照排列顺序依次进行场景渲染，直至视角列表中的全部视角完成场景渲染，视角列表中排在位置最后的视角作为当前视角时，下一视角选择默认视角。
12.优选根据漫游效果，对视角列表中的视角进行新增、数据修改、删除或顺序调整。
13.一种场景漫游的路径规划系统，包括：漫游相机参数获取模块：在待漫游的场景中设置漫游相机，基于若干个漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置，获取若干个对应相机视角的视野参数；视角列表生成模块：将漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置、对应相机视角的视野参数保存为视角，若干个视角组成视角列表；渲染模块：设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，完成在选定的视角间的漫游。
14.一种场景漫游的路径规划装置，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现所述的场景漫游的路径规划方法。
15.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的场景漫游的路径规划方法。
16.上述方法更加适用于三维虚拟场景漫游的路径规划。
17.有益效果：本发明的方法可以自定义路径轨迹和漫游速度，实时渲染自定义路径的漫游过程，通过自定义路径规划，用户可以在三维虚拟场景内自由探索，避免了固定路径的束缚，更加灵活，交互性更强，实现更加自由灵活的交互方式，体验出更加丰富多彩的虚拟现实场景。三维场景的可视化效果很高，一般比全景漫游更加真实、有深度感。
18.本发明的方法在操作过程中不需要预存储模型与相机位置，只需实时渲染的自定
义路径的漫游过程，用户关注重点在自定义路径的轨迹与漫游速度，可随时修改参数进行重新漫游，实时获得满意的效果。与全景漫游相比，对建模要求相对较低，三维场景只需要进行三维建模，但是同时对建模的精度和要求相对低，让开发更加简单和快速。
19.传统的自定义路径的漫游准备过程较为复杂需要有专业理论知识和强大的动手能力支撑，而本方法在实践时不需要专业人员操作，会基本的电脑使用人群也可完成复杂炫酷的自定义路径漫游过程。
20.自定义路径规划技术能够提供比全景漫游更加个性化的虚拟现实体验，同时也提供了更加高效和灵活的交互方式。它能够有效地满足用户的个性化需求，并且为虚拟现实的应用提供更加多样化的选择。
附图说明
21.图1为创建漫游路径的流程示意图；图2为渲染过程的流程示意图。
具体实施方式
22.一种场景漫游的路径规划方法，包括以下步骤：s1：在待漫游的场景中设置漫游相机，基于若干个漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置，获取若干个对应相机视角的视野参数；使用鼠标、键盘操作调整漫游相机的视角至期望视野，捕获当前视角，如果当前视角已捕获，但是细节不符合期望，可查看视角后再次微调捕获。
23.s2：将漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置、对应相机视角的视野参数保存为视角，若干个视角组成视角列表。
24.视角中还可以包括当前视角与下一视角的视角切换速度、停留时长信息，这样在进行当前视角与下一视角的切换时，就可以进行直接切换，而不需要增加一步设置视角切换速度、停留时长的操作。
25.s3：设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，完成在选定的视角间的漫游。
26.对当前视角与下一视角的相机位置在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的相机位置在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的相机位置在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的相机位置在y方向上的坐标值、每帧的相机位置在z方向上的坐标值，进行场景渲染。
27.对当前视角与下一视角的相机旋转角度在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的相机旋转角度在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的相机旋转角度在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的相机旋转角度在y方向上的坐标值、每帧的相机旋转角度在z方向上的坐标值，进行场景渲染。
28.对当前视角与下一视角的目标位置在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的目标位置在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的目标位置在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的目标位置在y方向上的坐标值、每帧的目标位置在z方向上的坐标值，进行场景渲染。
29.在计算切换速度时，需要注意的是切换速度为1，则以30帧/s的速度进行实时漫游，计算公式为平均值等于差值除以30；如果切换速度为0.5，则以15帧/s的速度进行实时漫游，计算公式为平均值除以60，得出的平均值越小，渲染的越慢，渲染的次数越多。
30.在平滑过渡路径漫游时，将第一个视角与第二个视角建立漫游过程，将视角2的位置x与视角1的位置x求差值，场景渲染时采用30帧/s进行渲染，平均值average（每帧变化值）是由差值除以30得到每帧需要变化的值，对漫游相机的位置数据的x累加平均值average渲染得到新值，漫游相机的位置x、y、z，漫游相机的旋转角度x、y、z，目标位置x、y、z按照上述方法进行累加渲染后漫游相机就路径漫游了，完成视角1到视角2后，视角2到视角3按照上述步骤重复，直至视角列表全部渲染好，完成从视角1到视角n的过程，漫游相机的路径漫游就完成了。
31.还包括s4：对视角列表中的视角按照排列顺序依次进行场景渲染，直至视角列表中的全部视角完成场景渲染，视角列表中排在位置最后的视角作为当前视角时，下一视角选择默认视角。
32.可以根据漫游效果，对视角列表中的视角进行新增、数据修改、删除或顺序调整。如果视角顺序不符合期望，可上下调整视角的顺序，不符合的视角可以进行删除。在自定义路径漫游时，采用平滑过渡的方式进行实时漫游。
33.视角列表的顺序不是一成不变地，用户可通过上下排序、删除等操作来调整视角顺序。
34.捕获的信息：漫游相机位置是由vector3类型数据组装转化为数组类型数据，在进行漫游时，vector3类型数据无法存储。
35.旋转角度，目标位置类同漫游相机位置。切换速度默认为1，即以30帧/s为单位进行漫游。
36.停留时长代表漫游相机漫游到指定位置后保持静止状态的时长。
37.如果自定义路径漫游的过程与预期较大，可捕获视角后进行漫游路径的重新规划。
38.下面结合附图1、2及具体实施例对本技术的场景漫游的路径规划方法进行详细说明。
39.一种场景漫游的路径规划方法，包括以下步骤：步骤1：创建自定义路径数据模板，数据内容如下：漫游名称cameraname、播放结束后自动重置isreset、漫游相机camera、视角列表viewlist；步骤2：新增一个通用相机c，漫游相机下拉选取设置为相机c，进行数据准备；场景中可存在多个相机，但用户在进行数据准备时不可更换相机，可以捕获多个相机视角。
40.步骤3：将相机c设置为默认相机，捕获视野时捕获的是相机c的视野参数；步骤4：相机c的默认参数：相机位置三维坐标(0,0,0)，旋转角度三维坐标(0,0,0)，相机在地面上，鼠标、键盘操作移动、旋转相机至视角1，相机的高度为1.5，相机的位置为三维坐标(0,1.5,0)，旋转角度三维坐标(0,1.5707963,0)，视角view1的相机位置[0,1.5,0],角度位置[0,1.5707963,0]，视角列表viewlist追加一条数据视角view1。
[0041]
一个视角数据无法形成漫游效果，最少需要两个视角。
[0042]
鼠标、键盘操作移动、旋转相机至视角2，捕获视角信息，相机位置三维坐标(5,
1.5,0)，旋转角度三维坐标(0,1.5707963,0)，视角view2的相机位置三维坐标[5,1.5,0],旋转角度三维坐标[0,1.5707963,0]视角列表viewlist追加一条数据视角view2。
[0043]
鼠标、键盘操作移动、旋转相机至视角3，捕获视角信息，相机位置三维坐标(5,1.5,0)，旋转角度三维坐标(0,0,0)，视角view3的相机位置三维坐标[5,1.5,0],角度位置三维坐标[0,0,0]，视角列表viewlist追加一条数据视角view3。
[0044]
鼠标、键盘操作移动、旋转相机至视角4，捕获视角信息，相机位置三维坐标(5,1.5,20)，旋转角度三维坐标(0,0,0)，视角view4的相机位置三维坐标[5,1.5,20],角度位置三维坐标[0,0,0]，视角列表viewlist追加一条数据视角view4。
[0045]
步骤5.1：如果视角顺序不符合期望，可上下调整视角的顺序，不符合的视角可以进行删除。在自定义路径漫游时，采用平滑过渡的方式进行实时漫游。
[0046]
步骤5.2：在计算切换速度时，需要注意的是切换速度为1，则以30帧/s的速度进行实时漫游，计算公式为平均值等于差值除以30;如果切换速度为0.5，则以15帧/s的速度进行实时漫游，计算公式为平均值除以60，得出的平均值越小，渲染的越慢，渲染的次数越多。
[0047]
如下内容以切换速度为1进行计算：计算视角view2与视角view1位置三个属性差值位置的x轴数据px为0.1666666，位置的y轴数据py为0，位置的z轴数据pz为0，旋转角度三个属性差值旋转的x轴数据rx为0，旋转的y轴数据ry为0，旋转的z轴数据rz为0。对比前后数据，无变化的数据不进行累加渲染。渲染之前相机的位置x轴数据5，累加px渲染一帧，渲染完再进行累加直至累加30次结束。相机从相机位置三维坐标(0,1.5,0)，旋转角度三维坐标(0,1.5707963,0)渲染为相机位置三维坐标(5,1.5,0)，旋转角度三维坐标(0,1.5707963,0)。
[0048]
计算视角view3与视角view2位置三个属性差值位置的x轴数据px为0，位置的y轴数据py为0，位置的z轴数据pz为0，旋转角度三个属性差值旋转的x轴数据rx为0，旋转的y轴数据ry为1.5707963/30，旋转的z轴数据rz为0。对比前后数据，无变化的数据不进行累加渲染。渲染之前相机的旋转y轴数据1.5707963，累加ry渲染一帧，渲染完再进行累加直至累加30次结束。相机从相机位置三维坐标(5,1.5,0)，旋转角度三维坐标(0,1.5707963,0)渲染为相机位置三维坐标(5,1.5,0)，旋转角度三维坐标(0,0,0)。
[0049]
计算视角view4与视角view3位置三个属性差值位置的x轴数据px为0，位置的y轴数据py为0，位置的z轴数据pz为0.6666666666，旋转角度三个属性差值旋转的x轴数据rx为0，旋转的y轴数据ry为0，旋转的z轴数据rz为0。对比前后数据，无变化的数据不进行累加渲染。渲染之前相机的位置z轴数据0，累加px渲染一帧，渲染完再进行累加直至累加30次结束。相机从相机位置三维坐标(5,1.5,0)，旋转角度三维坐标(0,0,0)渲染为相机位置三维坐标(5,1.5,20)，旋转角度三维坐标(0,0,0)。
[0050]
步骤5.3：在路径漫游过程中，用户修改了了以上参数并重新漫游时，先暂停步骤5.2，再将相机视角重置为视角1，最后按照步骤5.2开始。
[0051]
步骤6：如果步骤5的自定义路径漫游的过程与预期较大，可重复步骤4-步骤5。
[0052]
图1中，创建漫游相机后，多次捕获视角，修改路径漫游参数，上下调整顺序等，判断路径是否漫游过，如果漫游过，相机回到初始视角（默认视角），如果没有漫游过，生成路径漫游过程，对场景进行实时渲染。
[0053]
图2中渲染的具体操作可以如下：
计算切换速度，求出渲染频率，计算视角n与视角n-1的位置坐标、旋转角度x、y、z 轴数据的差值，由6个差值与渲染频率求出6个平均值即渲染值。6个渲染值分别判断是否为0，为0则不进行累加，不为0则累加，对比前后数据，无变化的数据不进行累加渲染。视角1的位置、旋转角度的x、y、z 轴数据分别对不为0的渲染值进行累加，累加后的值设置为给模型设置新的位置坐标x、y、z轴数据、旋转角度x、y、z 轴数据，检查累加的位置信息与旋转角度是否大于等于视角n的位置信息与旋转角度的x、y、z 轴的数据，如果大于，视角n与视角n-1的漫游过程完成，如果不大于，对比前后数据，无变化的数据不进行累加渲染。视角1的位置、旋转角度的x、y、z 轴数据分别对不为0的渲染值进行累加。如果有视角还未完成漫游过程，则重复计算计算切换速度，求出渲染频率的过程。
[0054]
一种场景漫游的路径规划系统，包括：漫游相机参数获取模块：在待漫游的场景中设置漫游相机，基于若干个漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置，获取若干个对应相机视角的视野参数；视角列表生成模块：将漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置、对应相机视角的视野参数保存为视角，若干个视角组成视角列表；渲染模块：设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，完成在选定的视角间的漫游。
[0055]
场景漫游的路径规划系统还包括：渲染过程相机位置计算模块：对当前视角与下一视角的相机位置在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的相机位置在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的相机位置在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的相机位置在y方向上的坐标值、每帧的相机位置在z方向上的坐标值，进行场景渲染。
[0056]
渲染过程相机旋转角度计算模块：对当前视角与下一视角的相机旋转角度在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的相机旋转角度在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的相机旋转角度在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的相机旋转角度在y方向上的坐标值、每帧的相机旋转角度在z方向上的坐标值，进行场景渲染。
[0057]
渲染过程目标位置计算模块：对当前视角与下一视角的目标位置在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的目标位置在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的目标位置在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的目标位置在y方向上的坐标值、每帧的目标位置在z方向上的坐标值，进行场景渲染。
[0058]
切换设置模块：用于设置当前视角与下一视角的视角切换速度、停留时长信息。
[0059]
漫游路径循环模块：对视角列表中的视角按照排列顺序依次进行场景渲染，直至视角列表中的全部视角完成场景渲染，视角列表中排在位置最后的视角作为当前视角时，下一视角选择默认视角。
[0060]
视角调整模块：根据漫游效果，对视角列表中的视角进行新增、数据修改、删除或顺序调整。
[0061]
一种场景漫游的路径规划装置，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述
存储器中保存的计算机程序时实现所述的场景漫游的路径规划方法。
[0062]
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的场景漫游的路径规划方法。

技术特征：
1.一种场景漫游的路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在待漫游的场景中设置漫游相机，基于若干个漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置，获取若干个对应相机视角的视野参数；s2：将漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置、对应相机视角的视野参数保存为视角，若干个视角组成视角列表；s3：设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，完成在选定的视角间的漫游。2.根据权利要求1所述场景漫游的路径规划方法，其特征在于，s3中设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，具体包括以下步骤：对当前视角与下一视角的相机位置在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的相机位置在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的相机位置在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的相机位置在y方向上的坐标值、每帧的相机位置在z方向上的坐标值，进行场景渲染。3.根据权利要求1所述场景漫游的路径规划方法，其特征在于，s3中设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，具体包括以下步骤：对当前视角与下一视角的相机旋转角度在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的相机旋转角度在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的相机旋转角度在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的相机旋转角度在y方向上的坐标值、每帧的相机旋转角度在z方向上的坐标值，进行场景渲染。4.根据权利要求1所述场景漫游的路径规划方法，其特征在于，s3中设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，具体包括以下步骤：对当前视角与下一视角的目标位置在x方向上的坐标值求差值，每帧变化值=差值/每秒切换的帧数，对第一个视角的目标位置在x方向上的坐标值进行每帧变化值累加后，得到每帧的目标位置在x方向上的坐标值，依照此方法依次计算每帧的目标位置在y方向上的坐标值、每帧的目标位置在z方向上的坐标值，进行场景渲染。5.根据权利要求1所述场景漫游的路径规划方法，其特征在于，s2中视角中包括当前视角与下一视角的视角切换速度、停留时长信息。6.根据权利要求5所述场景漫游的路径规划方法，其特征在于，还包括s4：对视角列表中的视角按照排列顺序依次进行场景渲染，直至视角列表中的全部视角完成场景渲染，视角列表中排在位置最后的视角作为当前视角时，下一视角选择默认视角。7.根据权利要求6所述场景漫游的路径规划方法，其特征在于，根据漫游效果，对视角列表中的视角进行新增、数据修改、删除或顺序调整。8.一种场景漫游的路径规划系统，其特征在于，包括： 漫游相机参数获取模块：在待漫游的场景中设置漫游相机，基于若干个漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置，获取若干个对应相机视角的视野参数；视角列表生成模块：将漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置、对应相机视角的视野参数保存为视角，若干个视角组成视角列表；渲染模块：设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，完成在选定的视角间的漫游。9.一种场景漫游的路径规划装置，其特征在于，包括处理器和存储器，其中，所述处理
器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的场景漫游的路径规划方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的场景漫游的路径规划方法。

技术总结
发明涉及领域基于特定计算模型的计算机系统技术领域，尤其涉及一种场景漫游的路径规划方法、系统、装置、存储介质。在待漫游的场景中设置漫游相机，基于若干个漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置，获取若干个对应相机视角的视野参数；将漫游相机的相机位置、旋转角度、目标位置、对应相机视角的视野参数保存为视角，若干个视角组成视角列表；设定视角切换速度，计算切换帧数及每帧需要变化的值，进行场景渲染，完成在选定的视角间的漫游。路径规划方法能够提供比全景漫游更加个性化的虚拟现实体验，同时也提供了更加高效和灵活的交互方式。它能够有效地满足用户的个性化需求，并且为虚拟现实的应用提供更加多样化的选择。且为虚拟现实的应用提供更加多样化的选择。且为虚拟现实的应用提供更加多样化的选择。


技术研发人员：王涛 曲洁 吕雪琴 吕彦莹 王翠英
受保护的技术使用者：山东捷瑞数字科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/7/21