地球信息科学学报 ›› 2018, Vol. 20 ›› Issue (8): 1055-1063.doi: 10.12082/dqxxkx.2018.180082
收稿日期:
2018-01-31
修回日期:
2018-04-18
出版日期:
2018-08-25
发布日期:
2018-08-24
作者简介:
作者简介:袁帅(1987-),男,硕士生,主要从事虚拟地理环境研究。E-mail:
基金资助:
YUAN Shuai1,2(), CHEN Bin1,*(
), YI Chao1, XU Bingli3
Received:
2018-01-31
Revised:
2018-04-18
Online:
2018-08-25
Published:
2018-08-24
Contact:
CHEN Bin
Supported by:
摘要:
在VGE的发展过程中,自然高效的人机交互一直是其研究的核心内容之一,但在当前众多VGE应用案例中,用户仍然是基于传统的人机交互界面与VGE进行交流,这导致了:① 用户的沉浸感不高;② 多人在VGE中协同交互的需求无法得到有效满足。因此,为了实现VGE中的沉浸式多人协同交互,本文首先综述了VGE中人机交互技术研究和应用现状,并简要阐述了动作捕捉技术发展历程、基本原理及其在提高VGE用户交互沉浸感上的优势。在此基础上,对VGE中沉浸式多人协同交互系统进行了重点设计,主要包括分析了基于动作捕捉技术的沉浸式多人协同交互模式及其对应的交互动作语义,提出了多人协同冲突控制机制,以及着重介绍了VGE中沉浸式多人协同交互系统的结构和功能。最后,以北京大学为例开发了虚拟燕园辅助规划设计原型系统,并进行了实验。研究结果表明,沉浸式多人协同交互技术的交互效果受到用户认可,它在提高化身之间及化身与VGE之间的协同交互方面具有明显的优势,可应用于地学教育、城市规划、应急救援和军事指挥等领域,具有良好的应用前景。
袁帅, 陈斌, 易超, 徐丙立. 虚拟地理环境中沉浸式多人协同交互技术研究及实现[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(8): 1055-1063.DOI:10.12082/dqxxkx.2018.180082
YUAN Shuai,CHEN Bin,YI Chao,XU Bingli. Research and Implementation of Immersive Multi-User Collaborative Interaction Technology in Virtual Geographic Environment[J]. Journal of Geo-information Science, 2018, 20(8): 1055-1063.DOI:10.12082/dqxxkx.2018.180082
表1
VGE中沉浸式多人协同交互模式及交互动作语义
交互模式 | 动作类型 | 交互动作语义 | |
---|---|---|---|
用户与用户 之间交互 | 转向 | 用户化身的朝向发生改变 | |
蹲下 | 用户化身下蹲,以便观察 | ||
起立 | 用户化身起立,以便观察 | ||
对话 | 用户通过自然语音进行沟通 | ||
传递 | 虚拟对象从一个化身手中传递到另一个化身手中 | ||
研讨 | 用户化身通过手势和语音进行讨论,相互交流 | ||
用户与VGE 之间交互 | 与虚拟对象交互 | 指点 | 用户化身通过手势或工具来使感兴趣对象高亮,准备交互 |
拾取 | 用户化身指点目标虚拟对象后,用手抓住该对象 | ||
移动 | 用户化身拾取虚拟对象后,移动手部位置,该对象位置改变 | ||
放置 | 用户化身移动虚拟对象后手部松开,该对象置于新位置 | ||
增加 | 用户化身拾取虚拟对象后移动手部位置到虚拟地理场景内,该虚拟对象增添 | ||
删除 | 用户化身拾取虚拟对象后移动手部位置到虚拟地理场景外或指点物体后点击菜单删除按钮,该虚拟对象删除 | ||
与虚拟地理景观交互 | 放大 | 用户化身左右手从中间向两侧分开,局部场景放大 | |
缩小 漫游 | 用户化身左右手从两侧向中间合拢,局部场景缩小 用户化身在虚拟地理景观中的位置发现变化 |
表2
VGE中沉浸式多人协同交互系统模块功能设计
系统角色 | 功能模块 | 功能描述 | |
---|---|---|---|
服务器端 | Http服务器 | 完成通信协议解析等服务功能 | |
虚拟世界服务器 | 实体服务器 | 提供动态内容同步服务 | |
资源服务器 | 提供动态LOD资源服务,以优化渲染的资源分配和显示效果 | ||
化身服务器 | 把捕捉到的用户位置、动作和姿态数据合成为化身动作,分析并实现动作语义,并将操作结果实时发送给其他用户 | ||
语音服务器 | 打包并根据声场量级来传输实时语音数据 | ||
数据管理服务器 | 空间数据库 | 对三维地形数据和遥感影像数据等地学数据进行管理,构成基础VGE | |
模型数据库 | 对三维模型信息和化身模型信息进行管理,构成VGE | ||
客户端 | 资源管理模块 | 对本地的各类数据资源进行管理 | |
通信模块 | 负责对服务器端的请求与响应 | ||
渲染模块 | 对场景进行渲染,完成PC显示屏、头盔显示器等设备上的显示 | ||
动作捕捉端 | 动作捕捉插件 | 完成对各种类型动作捕捉设备的驱动 | |
动作捕捉设备 | 获取用户位置、动作和姿态数据 |
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