基于虛擬現(xiàn)實的混合式移動導覽信息 自由切換系統(tǒng)設計

黨銳

摘? 要： 現(xiàn)有的混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)存在著切換速率高、系統(tǒng)可靠性差的缺陷，為了解決上述問題，引入虛擬現(xiàn)實技術對混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)進行設計。系統(tǒng)硬件主要由濾波器、三維虛擬場景編輯器、切換器以及控制器組成;系統(tǒng)軟件主要分為兩部分，分別為三維虛擬場景搭建與混合式移動導覽信息切換程序編寫。通過系統(tǒng)硬件與軟件的設計，實現(xiàn)了混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)的運行。通過實驗結(jié)果顯示，與現(xiàn)有的混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)相比，設計的混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)極大地提升了切換速率與系統(tǒng)可靠性，充分說明設計的混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)具備更好的信息切換效果。

關鍵詞： 導覽信息切換; 混合式移動導覽; 系統(tǒng)設計; 虛擬現(xiàn)實技術; 程序編寫; 虛擬場景搭建

中圖分類號： TN99?34; G255? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）03?0010?04

Design of hybrid mobile guiding information free switching system

based on virtual reality

DANG Rui

（Chengdu Technological University， Chengdu 610031， China）

Abstract： Since the existing hybrid mobile guiding information free switching system has the defects of low switching rate and poor system reliability， the virtual reality （VR） technology is introduced into the design of the hybrid mobile guiding information free switching system. The system hardware is mainly composed of filter， 3D virtual scene editor， switcher and controller， while the system software is mainly composed of construction of 3D virtual scene and the compilation of hybrid mobile guiding information switching program. The operation of hybrid mobile guiding information free switching system is realized by the design of system hardware and software. The experimental results show that， in comparison with the existing hybrid mobile guiding information free switching system， the switching rate and system reliability of the designed hybrid mobile guiding information free switching system has been greatly improved， which fully demonstrates that the designed system has better information switching effect.

Keywords： guiding information switching; hybrid mobile guiding; system design; VR technology; program compilation; virtual scene construction

0? 引? 言

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，景觀、公園以及展覽的規(guī)模也在不斷擴大，采用人工或者標識牌的方式無法滿足用戶的需求。并且隨著規(guī)模的增大，導覽信息類型也在逐漸增加，傳統(tǒng)的導覽無法對信息進行全面的展示，因此，如何對混合式移動導覽信息進行全面的展示成為現(xiàn)今研究的重點課題之一。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，將混合式移動導覽信息進行自動切換可以滿足現(xiàn)今用戶的需求，因此對其進行詳細的研究[1]。

國內(nèi)外對混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)均進行了研究，并取得了一定的成果。但是，就現(xiàn)有的混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)來看，均存在著切換速率高、系統(tǒng)可靠性差的缺陷，無法滿足現(xiàn)今社會的需求。為了解決上述問題，引入虛擬現(xiàn)實技術對混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)進行設計。虛擬現(xiàn)實技術（VR）主要是將計算機、仿真技術以及電子信息進行有效的整合，以計算機模擬虛擬環(huán)境給人以環(huán)境沉浸感來實現(xiàn)[2]。虛擬現(xiàn)實技術具有沉浸性、交互性、多感知性、構想性、自主性的特點。

近幾年，我國科學技術發(fā)展迅速，虛擬現(xiàn)實技術也被應用在多個領域。通過虛擬現(xiàn)實技術的應用，可以極大地改善混合式移動導覽信息切換系統(tǒng)的性能，并設計仿真對比實驗對系統(tǒng)性能進行測試與分析[3]。

1? 系統(tǒng)硬件設計

以提升混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)性能為目標，對系統(tǒng)硬件進行設計，主要包括濾波器、三維虛擬場景編輯器、切換器以及控制器[4]。具體的硬件設計過程如下所示。

1.1? 濾波器

混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)屬于典型的混雜系統(tǒng)，其中包含的混合式移動導覽信息眾多，在導覽信息采集的過程中，由于設備自身因素以及環(huán)境因素的影響，導致導覽信息中含有大量的干擾信息。另外，隨著時間的推移，其導覽范圍在不斷擴大，導覽內(nèi)容也在不斷更新，因此，需要對導覽信息中的干擾信息進行濾除，還要對導覽信息進行及時的更新與補充[5]。

濾波器主要是由電容、電感與電阻組成的濾波電路。濾波器參數(shù)設置如表1所示。

依據(jù)上述參數(shù)對濾波器進行選擇，濾波器示意圖如圖1所示。

1.2? 三維虛擬場景編輯器

三維虛擬場景編輯器功能主要包括景觀、公園以及展覽的地形動態(tài)生成與修改、場景攝像機定義、霧化場景模擬、三維模型動態(tài)加載與修改、多重地面貼面特效、場景渲染等[6]。根據(jù)系統(tǒng)的具體需求對三維虛擬場景編輯器進行選擇，三維虛擬場景編輯器示意圖如圖2所示。

1.3? 切換器

切換器的主要任務是對輸入、輸出信號或者信息進行切換。切換器具有自保護、波特率不同等特性[7]。切換器參數(shù)設置如表2所示。

1.4? 控制器

控制器是整個系統(tǒng)的核心組成部分，為了滿足系統(tǒng)的控制需求，選擇FPGA控制器對系統(tǒng)進行控制[8]。FPGA控制器具有高容量、高速、高帶寬的特性。FPGA控制器核心板尺寸為60 mm×60 mm，其I/O接口設置為168個[9]。FPGA控制器示意圖如圖3所示。

通過上述過程完成了系統(tǒng)硬件的設計，為軟件設計提供支撐。

2? 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件主要分為兩部分，分別為三維虛擬場景搭建與混合式移動導覽信息切換程序編寫[10]。

2.1? 三維虛擬場景搭建

為了對三維虛擬場景進行搭建，首先對導覽區(qū)域信息進行采集[11]。通過傳感器對導覽區(qū)域信息進行采集，得到導覽信息為：

式中，[x，y，z]表示的是導覽區(qū)域的三維信息。

依據(jù)獲取的導覽信息將其一一映射到三維虛擬模型中，同時獲取相應的三維虛擬模型參數(shù)。就目前來看，三維虛擬模型參數(shù)獲取方式主要分為五種：一是依據(jù)區(qū)域矢量圖、資料對參數(shù)進行獲取;二是利用無人機遙感技術對參數(shù)進行獲取;三是利用高分辨率遙感技術對參數(shù)進行獲取;四是利用激光雷達技術對參數(shù)進行獲取;五是利用實地調(diào)研方式對參數(shù)進行獲取[12]。

在三維虛擬場景搭建過程中，核心就是對坐標系進行轉(zhuǎn)換。為了實現(xiàn)三維虛擬場景的可視化，采用投影技術對坐標系進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程為：

式中：[N]，[H]分別表示視點坐標與屏幕坐標;[β]，[L]表示夾角;[e]表示偏心率。

通過上述過程完成三維虛擬場景的搭建，為下述混合式移動導覽信息的自動切換做準備[13]。

2.2? 混合式移動導覽信息切換程序編寫

以上述搭建的三維虛擬場景為基礎，采用控制器對混合式移動導覽信息進行自動切換。該系統(tǒng)主要是通過控制信號對導覽信息進行自由切換[14]。

混合式移動導覽信息切換程序如圖4所示。

如圖4所示，繼電器在導覽信息切換中扮演著重要的角色，其狀態(tài)情況如表3所示。

通過上述系統(tǒng)硬件與軟件的設計，實現(xiàn)了混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)的運行，滿足用戶的多樣化需求[15]。

3? 實驗結(jié)果與分析

上述過程中實現(xiàn)了混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)的設計與運行，為了驗證其是否可以解決現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題，設計仿真對比實驗對設計系統(tǒng)的性能進行測試與分析。

在仿真對比實驗過程中，主要采用設計系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)進行對比實驗，通過第三方軟件對其實驗結(jié)果進行記錄與對比分析。主要利用切換速率與系統(tǒng)可靠性指標來評價系統(tǒng)性能。具體實驗結(jié)果分析過程如下所示。

3.1? 切換速率對比分析

通過實驗得到切換速率對比情況，如表4所示。

由表4可知，本文設計系統(tǒng)的切換速率遠遠高于現(xiàn)有系統(tǒng)，其最大值可以達到95%。

3.2? 系統(tǒng)可靠性對比分析

系統(tǒng)可靠性直接決定著系統(tǒng)性能的好壞，可靠性參數(shù)越高，表示系統(tǒng)可靠性越好。通過實驗得到系統(tǒng)可靠性參數(shù)對比情況如圖5所示。圖5中，本文設計系統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性參數(shù)遠遠高于現(xiàn)有系統(tǒng)，其最大值可以達到7.6。

通過實驗結(jié)果顯示，本文設計的混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)極大地提升了切換速率與系統(tǒng)可靠性，充分說明設計的混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)具備更好的信息切換效果。

4? 結(jié)? 語

本文設計的混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)極大地提升了切換速率與系統(tǒng)可靠性，可以滿足用戶多樣化的需求。但是設計系統(tǒng)的切換速率與系統(tǒng)可靠性依然存在著較大的上升空間，為此需要對混合式移動導覽信息自由切換系統(tǒng)進行進一步的研究與優(yōu)化。

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