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TWI588685B - 虛擬實境與擴增實境的建置系統及其方法 - Google Patents

虛擬實境與擴增實境的建置系統及其方法 Download PDF

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TWI588685B
TWI588685B TW105128157A TW105128157A TWI588685B TW I588685 B TWI588685 B TW I588685B TW 105128157 A TW105128157 A TW 105128157A TW 105128157 A TW105128157 A TW 105128157A TW I588685 B TWI588685 B TW I588685B
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宅妝股份有限公司
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Description

虛擬實境與擴增實境的建置系統及其方法
本發明有關於一種虛擬實境與擴增實境的建置系統及其方法，特別是可選擇不同風格模式的虛擬實境與擴增實境的建置系統及其方法。
傳統上，不管是屋主或是設計師在丈量房屋內部格局，都需要使用尺規並透過實際量測的方式，才有依據繪製出房屋物件的內部格局。當屋主或是設計師想要針對房屋物件的內部格局進行風格改變，例如粉刷油漆、重新裝潢以及家具擺設等，須要在繪製出房屋物件的內部格局後才可能進行色彩及樣式的變更、格局風格的選擇與配置以及裝潢家具的設計與擺放等，過程繁瑣且冗長，且所費不貲。
習知技術中並未提供任何有效且有組織的方式給屋主或是設計師以繪製出房屋物件的內部格局的系統與方法，也無法實際了解房屋物件的內部格局的採光照明，這讓屋主或是設計師無法及時了解房屋物件的合適風格。
有鑑於習知技術中並未提供任何有效且有組織的方式給屋主或是設計師以繪製出房屋物件的內部格局的系統與方法，本發明 提出一種虛擬實境與擴增實境的建置系統及其方法，可有效且快速的取得房屋物件的內部格局以及採光照明，使得屋主或是設計師在選擇多種風格模式時可以提供即時性的佈置狀況，讓屋主或是設計師可以在有適當的依據下選擇內部格局的合適風格，避免繁瑣且冗長的過程與金錢的浪費。額外地，依據本發明提出的虛擬實境與擴增實境的建置系統及其方法，可建置出虛擬實境與擴增實境的觀看視角，不論是屋主、設計師、賣屋或是買屋者都可以透過虛擬實境與擴增實境的觀看視角及時得到房屋物件的內部格局、採光照明以及風格樣式等，以方便了解適合與適當的家具擺放。附加地，依據本發明提出的虛擬實境與擴增實境的建置系統及其方法，可建置出圖形處理虛擬化的資料庫，隨著房屋物件與風格模式的數據化、多樣化與多變性，使得風格模式的資料庫與時俱增。
根據揭露書所描述的實施例之一，提供一種虛擬實境與擴增實境的建置方法，包括：S101：取得自一終端裝置掃描一真實空間所產生的多個3維環境特徵資訊；S103：根據該些3維環境特徵資訊建立一3維模型；S105：選擇一3維風格及至少一3維物件；以及S107：套設該3維風格及該至少一3維物件至該3維模型以組成一虛擬實境(Virtual Reality,VR)或擴增實境(Augmented Reality,AR)場景。
根據揭露書所描述的實施例之一，提供一種虛擬實境與擴增實境的建置系統，包括：一3維資料庫及一虛擬實境渲染模組。該3維資料庫用以取得自一終端裝置掃描一真實空間所產生的多個3維環境特徵資訊，以及提供多個3維風格及至少一3維物件給該終端裝置進行選擇，該3維資料庫包括一圖形處理模組，用以根據該些3維環境特徵資訊建立一3維模型。該虛擬實境渲染模組包括一圖形運算模組，用以套設該些3維風格之一及該至少一3維物件至該3維模型以組成一虛擬實境或擴增實境場景。
其中，該終端裝置掃描該真實空間所產生的該些3維環境特徵資訊包括：終端裝置於該真實空間的一中心點以掃描全景的方式產生一第一影像資訊及一第一光源資訊。
其中，該終端裝置掃描該真實空間所產生的該些3維環境特徵資訊包括：S301：選擇該真實空間中的任一平面；S303：掃描該平面以取得一第一深度資訊及一第一角度資訊；S305：建立該平面上所有點的一第一相鄰關係資訊；S307：選擇相鄰該平面的任一平面並建立該平面與所選的相鄰平面的一第一3維關係資訊；S309：重複S303、S305及S307直到該真實空間中的所有平面被選擇。
其中，該終端裝置掃描該真實空間所產生的該些3維環境特徵資訊包括：S501：掃描該真實空間的一頂面及一地面；S503：取得該頂面及該地面的一第二深度資訊及一第二角度資訊；S505：建立該頂面及該地面上所有點的一第二相鄰關係資訊；S507：選擇該真實空間中的任一壁面；S509：選擇該壁面的一特徵點以取得該壁面的一第三深度資訊及一第三角度資訊；S511：根據該第二相鄰關係資訊、該第三深度資訊及該第三角度資訊，建立該壁面上所有點的一第三相鄰關係資訊；S513：選擇相鄰該壁面的任一壁面並建立該壁面與所選的相鄰壁面的一第三3維關係資訊；S515：重複S509、S511及S513直到該真實空間中的所有壁面被選擇。
為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式與附件僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
1、1’‧‧‧真實空間
11‧‧‧終端裝置
13‧‧‧網路
15‧‧‧3維資料庫
17‧‧‧虛擬實境渲染模組
21-26、31-38‧‧‧轉折點
151‧‧‧圖形處理模組
171‧‧‧圖形運算模組
B、B’‧‧‧後牆面
C‧‧‧中心點
C’‧‧‧頂面
F、F’‧‧‧前牆面
G、G’‧‧‧地面
L、L’‧‧‧左牆面
R、R’‧‧‧右牆面
S101、S103、S105、S107，S301、S303、S305、S307、S309、S501、S503、S505、S507、S509、S511、S513、S515‧‧‧步驟
圖1顯示本發明虛擬實境與擴增實境的建置系統的實施例示意圖；圖2顯示本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法的示意圖；圖3所示之流程描述本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法的實施例；圖4顯示本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法的另一示意圖；圖5所示之流程描述本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法的另一實施例；圖6所示之流程描述本發明虛擬實境與擴增實境的建置方法的實施例。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或信號等，但此等元件或信號不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。
圖1顯示本發明虛擬實境與擴增實境的建置系統的實施例示意圖。本發明的虛擬實境與擴增實境的建置系統包括有一3維資 料庫15以及一虛擬實境渲染模組17。該3維資料庫15包括有一圖形處理模組151。其中一終端裝置11透過一網路13存取該雲端伺服器15。該3維資料庫15可取得自該終端裝置11掃描一真實空間所產生的多個3維環境特徵資訊，以及提供多個3維風格及至少一3維物件給該終端裝置11進行選擇，而該圖形處理模組151可根據該些3維環境特徵資訊建立一3維模型。該虛擬實境渲染模組17包括有一圖形運算模組171，用以套設該些3維風格之一及該至少一3維物件至該3維模型以組成一虛擬實境或擴增實境場景。
圖2顯示本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法的示意圖。如圖2所示，房屋物件的內部格局的平面有前牆面F、後牆面B、右牆面R、左牆面L、頂面(未繪出)以及地面G，其中前牆面F、後牆面B、右牆面R、左牆面L可包括窗戶、門、壁燈及掛飾等，頂面可包括燈具及吊飾等，地面G上可擺設家具及擺飾等，實際的房屋物件包含有各式家具與擺飾，而本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法可在有家具與擺飾的狀況下直接掃描房屋物件的內部格局，達到只取得房屋物件的內部格局而不包含各式家具與擺飾。為了清楚描述本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法，故未繪示窗戶、門、擺飾及家具等。使用者手持該終端裝置11選擇對該真實空間1如一房屋物件的內部格局進行掃描時，其中該終端裝置11包含有3維攝像功能以及感測與維持方向功能以進行空間中任一平面的深度與角度測量，該終端裝置11可為包括陀螺儀的3維攝相機、或其他具有相同功能或功效的電子裝置。請同時參照圖3所示之流程描述本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法的實施例，本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法包括以下步驟。S301：選擇該真實空間1中的任一平面，如使用者手持終端裝置11首先選擇對著前牆面F以進行掃 描。S303：掃描該平面以取得一第一深度資訊及一第一角度資訊，如使用者透過終端裝置11進行前牆面F上所有點包括其邊緣的轉折點21、22、23及24的深度及角度測量。S305：建立該平面上所有點的一第一相鄰關係資訊，如使用者透過終端裝置11建立前牆面F上所有點的相關性以及將同步定位與映射(Simultaneous localization and mapping,SLAM)的定位點分別依序對齊前牆面F邊緣的轉折點21、22、23及24來取得點座標以建立相鄰關係資訊。S307：選擇相鄰該平面的任一平面並建立該平面與所選的相鄰平面的一第一3維關係資訊，當完成前牆面F的掃描後，如使用者可選擇相鄰前牆面F的右牆面R來建立相鄰兩牆面的3維關係資訊。S309：重覆S303、S305及S307直到真實空間1中的所有平面被選擇。例如，使用者選擇右牆面R進行掃描，即測量右牆面R包括其邊緣的轉折點23、24、25及26的深度及角度資訊，之後使用者建立右牆面R上所有點的相關性以及將同步定位與映射的定位點分別依序對齊右牆面R邊緣的轉折點23、24、25及26來取得點座標以建立相鄰關係資訊。當完成右牆面R的量測後，使用者可再選擇相連右牆面R的平面進行掃描，如後牆面B、天花板以及地面G來建立相鄰兩牆面的3維關係資訊，如此重複直到所有的平面都被選擇並掃描完成。
此外，如圖2所示，本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法還包括：該終端裝置11於該真實空間1的一中心點C以掃描全景的方式產生一第一影像資訊及一第一光源資訊。其中使用者手持終端裝置11站在房屋物件的內部格局的中心點C進行以水平逆時針或順時針以及垂直逆時針或順時針掃描全景的方式以得到全景720度的影像資訊以及當窗戶透光或是照明開啟時的光源資訊。
圖4顯示本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法的另一示意圖。如圖4所示，房屋物件的內部格局的平面 有前牆面F’、後牆面B’、右牆面R’、左牆面L’、頂面C’以及地面G’，其中前牆面F’、後牆面B’、右牆面R’、左牆面L’可包括窗戶、門、壁燈及掛飾等，頂面C’可包括燈具及吊飾等，地面G’上可擺設家具及擺飾等，實際的房屋物件包含有各式家具與擺飾，而本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法可在有家具與擺飾的狀況下直接掃描房屋物件的內部格局，達到只取得房屋物件的內部格局而不包含各式家具與擺飾。為了清楚描述本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法，故未繪示窗戶、門、擺飾及家具等。使用者手持該終端裝置11選擇對該真實空間1’如一房屋物件的內部格局進行掃描時，其中使用者不限於該真實空間1’中的一定點進行掃描，該終端裝置11包含有3維攝像功能以及感測與維持方向功能以進行空間中任一平面的深度與角度測量，該終端裝置11可為包括陀螺儀的3維攝相機、或其他具有相同功能或功效的電子裝置。請同時參照圖5所示之流程描述本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法的另一實施例。本發明終端裝置掃描真實空間所產生的多個環境資訊方法包括以下步驟。S501：掃描該真實空間的一頂面及一地面，使用者手持終端裝置11首先對著頂面C’及地面G’進行掃描。S503：取得該頂面及該地面的一第二深度資訊及一第二角度資訊，如同前述步驟S303取得頂面C’及地面G’的深度及角度資訊。S505：建立該頂面及該地面上所有點的一第二相鄰關係資訊，如同前述步驟S305取得頂面C’上所有點的相關性與其邊緣的轉折點31、32、33及34的點座標以及地面G’上所有點的相關性與其邊緣的轉折點35、36、37及38的點座標以分別建立相鄰關係資訊。S507：選擇該真實空間中的任一壁面，如使用者手持該終端裝置11選擇對著前牆面F’。S509：選擇該壁面的一特徵點以取得該壁面的一第三深度資訊及一第三角度資訊，如使用者於該終端裝置11上點選前牆面F’中的一特徵點如轉折點31， 即可得到前牆面F’上所有點的深度及角度資訊。S511：根據該第二相鄰關係資訊、該第三深度資訊及該第三角度資訊，建立該壁面上所有點的一第三相鄰關係資訊，如根據頂面C’及地面G’的相鄰關係資訊及前牆面F’的深度及角度資訊可找到前牆面F’上所有點的相關性與其邊緣的轉折點31、32、35、36之間的相鄰關係資訊。S513：選擇相鄰該壁面的任一壁面並建立該壁面與所選的相鄰壁面的一第三3維關係資訊，當完成前牆面F的資訊查找後，如使用者選擇相鄰前牆面F’的右牆面R’來建立相鄰兩牆面的3維關係資訊。S515：重複S509、S511及S513直到該真實空間中的所有壁面被選擇。例如，使用者選擇右牆面R’進行掃描，即查找右牆面R’上所有點及其邊緣的轉折點32、33、36及37的深度及角度資訊以及相鄰關係資訊。當完成右牆面R’的量測後，使用者可再選擇相連右牆面R’的平面進行掃描，如後牆面B’來建立相鄰兩牆面的3維關係資訊，如此重複直到所有的壁面都被選擇並掃描完成。
圖6所示之流程描述本發明虛擬實境與擴增實境的建置方法的實施例。請同時參照圖1所示，步驟S101：取得自一終端裝置11掃描一真實空間1所產生的多個3維環境特徵資訊，其中該3維資料庫15自終端裝置11取得3維環境特徵資訊包括深度資訊、角度資訊、相鄰關係資訊、3維關係資訊、全景720度的影像資訊、當窗戶透光或是內照明開啟時的光源資訊以及其他可構成點雲(Point Cloud)與同步定位與映射(SLAM)的資訊。步驟S103：根據該些3維環境特徵資訊建立一3維模型，其中該圖形處理模組151計算每一平面四個點座標關聯構成面的資訊以及所有點座標關聯構成3維環境的資訊以產生一3維模型的圖檔，如AutoCad圖檔、Splidworks圖檔或支援現有3維軟體的圖檔。步驟S105：選擇一3維風格及至少一3維物件，其中該3維資料庫15提供多個3維風格及至少一3維物件給該終端裝置11以供使用者進行選擇，使 用者透過終端裝置11選擇該些3維風格之一及該至少一3維物件。步驟S107：套設該3維風格及該至少一3維物件至該3維模型以組成一虛擬實境或擴增實境場景，其中該虛擬實境渲染模組17可調用該3維資料庫15中使用者所選的3維風格及至少一3維物件以進行3維模型的圖像渲染，而該圖型運算模組171直接進行物理模擬以套設該些3維風格之一及該至少一3維物件至該3維模型以完成一虛擬實境或擴增實境場景。
綜上所述，本發明虛擬實境與擴增實境的建置系統及其方法可有效且快速的取得房屋物件的內部格局以及採光照明，使得屋主或是設計師在選擇多種風格模式時可以提供即時性的佈置狀況，讓屋主或是設計師可以在有適當的依據下選擇內部格局的合適風格，也可以透過虛擬實境與擴增實境的觀看視角及時得到房屋物件的內部格局、採光照明以及風格樣式等，以方便了解適合與適當的家具擺放，同時也可建置出圖形處理虛擬化的資料庫，隨著房屋物件與風格模式的數據化、多樣化與多變性，使得風格模式的資料庫與時俱增。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
S101、S103、S105、S107‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種虛擬實境與擴增實境的建置方法，包括：S101：取得自一終端裝置掃描一真實空間所產生的多個3維環境特徵資訊；S103：根據該些3維環境特徵資訊建立一3維模型；S105：選擇一3維風格及至少一3維物件；以及S107：套設該3維風格及該至少一3維物件至該3維模型以組成一虛擬實境或擴增實境場景。
  2. 如請求項1所述的虛擬實境與擴增實境的建置方法，其中該真實空間為一房屋物件的內部格局。
  3. 如請求項1所述的虛擬實境與擴增實境的建置方法，其中該終端裝置掃描該真實空間所產生的該些3維環境特徵資訊包括：S301：選擇該真實空間中的任一平面；S303：掃描該平面以取得一第一深度資訊及一第一角度資訊；S305：建立該平面上所有點的一第一相鄰關係資訊；S307：選擇相鄰該平面的任一平面並建立該平面與所選的相鄰平面的一第一3維關係資訊；S309：重複S303、S305及S307直到該真實空間中的所有平面被選擇。
  4. 如請求項3所述的虛擬實境與擴增實境的建置方法，其中該終端裝置掃描該真實空間所產生的該些3維環境特徵資訊更包括：於該真實空間的一中心點以掃描全景的方式產生一第一影像資訊及一第一光源資訊。
  5. 如請求項1所述的虛擬實境與擴增實境的建置方法，其中該終 端裝置掃描該真實空間所產生的該些3維環境特徵資訊包括：S501：掃描該真實空間的一頂面及一地面；S503：取得該頂面及該地面的一第二深度資訊及一第二角度資訊；S505：建立該頂面及該地面上所有點的一第二相鄰關係資訊；S507：選擇該真實空間中的任一壁面；S509：選擇該壁面的一特徵點以取得該壁面的一第三深度資訊及一第三角度資訊；S511：根據該第二相鄰關係資訊、該第三深度資訊及該第三角度資訊，建立該壁面上所有點的一第三相鄰關係資訊；S513：選擇相鄰該壁面的任一壁面並建立該壁面與所選的相鄰壁面的一第三3維關係資訊；S515：重複S509、S511及S513直到該真實空間中的所有壁面被選擇。
  6. 如請求項1所述的虛擬實境與擴增實境的建置方法，其中該終端裝置包含3維攝像功能以及感測與維持方向功能。
  7. 一種虛擬實境與擴增實境的建置系統，包括：一3維資料庫，用以取得自一終端裝置掃描一真實空間所產生的多個3維環境特徵資訊，以及提供多個3維風格及至少一3維物件給該終端裝置進行選擇，該3維資料庫包括：一圖形處理模組，用以根據該些3維環境特徵資訊建立一3維模型；以及一虛擬實境渲染模組，包括：一圖形運算模組，用以套設該些3維風格之一及該至少一3維物件至該3維模型以組成一虛擬實境或擴增實境場景。
  8. 如請求項7所述的虛擬實境與擴增實境的建置系統，其中該終端裝置包含3維攝像功能以及感測與維持方向功能。
  9. 如請求項7所述的虛擬實境與擴增實境的建置系統，其中自該終端裝置掃描該真實空間所產生的該些3維環境特徵資訊包括：S301：選擇該真實空間中的任一平面；S303：掃描該平面以取得一第一深度資訊及一第一角度資訊；S305：建立該平面上所有點的一第一相鄰關係資訊；S307：選擇相鄰該平面的任一平面並建立該平面與所選的相鄰平面的一第一3維關係資訊；S309：重複S303、S305及S307直到該真實空間中的所有平面被選擇。
  10. 如請求項9所述的虛擬實境與擴增實境的建置系統，其中自該終端裝置掃描該真實空間所產生的該些3維環境特徵資訊更包括：該終端裝置於該真實空間的一中心點以掃描全景的方式產生一第一影像資訊及一第一光源資訊。
  11. 如請求項7所述的虛擬實境與擴增實境的建置系統，其中自該終端裝置掃描該真實空間所產生的該些3維環境特徵資訊包括：S501：掃描該真實空間的一頂面及一地面；S503：取得該頂面及該地面的一第二深度資訊及一第二角度資訊；S505：建立該頂面及該地面上所有點的一第二相鄰關係資訊；S507：選擇該真實空間中的任一壁面；S509：選擇該壁面的一特徵點以取得該壁面的一第三深度資訊及一第三角度資訊； S511：根據該第二相鄰關係資訊、該第三深度資訊及該第三角度資訊，建立該壁面上所有點的一第三相鄰關係資訊；S513：選擇相鄰該壁面的任一壁面並建立該壁面與所選的相鄰壁面的一第三3維關係資訊；S515：重複S509、S511及S513直到該真實空間中的所有壁面被選擇。
  12. 如請求項7所述的虛擬實境與擴增實境的建置系統，其中該真實空間為一房屋物件的內部格局。
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