基于虚拟现实的混合式移动导览信息自由切换系统设计

2020-08-04党锐

现代电子技术 2020年3期

党锐

摘要：现有的混合式移动导览信息自由切换系统存在着切换速率高、系统可靠性差的缺陷，为了解决上述问题，引入虚拟现实技术对混合式移动导览信息自由切换系统进行设计。系统硬件主要由滤波器、三维虚拟场景编辑器、切换器以及控制器组成;系统软件主要分为两部分，分别为三维虚拟场景搭建与混合式移动导览信息切换程序编写。通过系统硬件与软件的设计，实现了混合式移动导览信息自由切换系统的运行。通过实验结果显示，与现有的混合式移动导览信息自由切换系统相比，设計的混合式移动导览信息自由切换系统极大地提升了切换速率与系统可靠性，充分说明设计的混合式移动导览信息自由切换系统具备更好的信息切换效果。

关键词：导览信息切换; 混合式移动导览; 系统设计; 虚拟现实技术; 程序编写; 虚拟场景搭建

中图分类号： TN99?34; G255 文献标识码： A 文章编号： 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

随着我国经济水平的不断发展，景观、公园以及展览的规模也在不断扩大，采用人工或者标识牌的方式无法满足用户的需求。并且随着规模的增大，导览信息类型也在逐渐增加，传统的导览无法对信息进行全面的展示，因此，如何对混合式移动导览信息进行全面的展示成为现今研究的重点课题之一。经过研究发现，将混合式移动导览信息进行自动切换可以满足现今用户的需求，因此对其进行详细的研究[1]。

国内外对混合式移动导览信息自由切换系统均进行了研究，并取得了一定的成果。但是，就现有的混合式移动导览信息自由切换系统来看，均存在着切换速率高、系统可靠性差的缺陷，无法满足现今社会的需求。为了解决上述问题，引入虚拟现实技术对混合式移动导览信息自由切换系统进行设计。虚拟现实技术（VR）主要是将计算机、仿真技术以及电子信息进行有效的整合，以计算机模拟虚拟环境给人以环境沉浸感来实现[2]。虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、多感知性、构想性、自主性的特点。

近几年，我国科学技术发展迅速，虚拟现实技术也被应用在多个领域。通过虚拟现实技术的应用，可以极大地改善混合式移动导览信息切换系统的性能，并设计仿真对比实验对系统性能进行测试与分析[3]。

1 系统硬件设计

以提升混合式移动导览信息自由切换系统性能为目标，对系统硬件进行设计，主要包括滤波器、三维虚拟场景编辑器、切换器以及控制器[4]。具体的硬件设计过程如下所示。

1.1 滤波器

混合式移动导览信息自由切换系统属于典型的混杂系统，其中包含的混合式移动导览信息众多，在导览信息采集的过程中，由于设备自身因素以及环境因素的影响，导致导览信息中含有大量的干扰信息。另外，随着时间的推移，其导览范围在不断扩大，导览内容也在不断更新，因此，需要对导览信息中的干扰信息进行滤除，还要对导览信息进行及时的更新与补充[5]。

滤波器主要是由电容、电感与电阻组成的滤波电路。滤波器参数设置如表1所示。

依据上述参数对滤波器进行选择，滤波器示意图如图1所示。

1.2 三维虚拟场景编辑器

三维虚拟场景编辑器功能主要包括景观、公园以及展览的地形动态生成与修改、场景摄像机定义、雾化场景模拟、三维模型动态加载与修改、多重地面贴面特效、场景渲染等[6]。根据系统的具体需求对三维虚拟场景编辑器进行选择，三维虚拟场景编辑器示意图如图2所示。

1.3 切换器

切换器的主要任务是对输入、输出信号或者信息进行切换。切换器具有自保护、波特率不同等特性[7]。切换器参数设置如表2所示。

1.4 控制器

控制器是整个系统的核心组成部分，为了满足系统的控制需求，选择FPGA控制器对系统进行控制[8]。FPGA控制器具有高容量、高速、高带宽的特性。FPGA控制器核心板尺寸为60 mm×60 mm，其I/O接口设置为168个[9]。FPGA控制器示意图如图3所示。

通过上述过程完成了系统硬件的设计，为软件设计提供支撑。

2 系统软件设计

系统软件主要分为两部分，分别为三维虚拟场景搭建与混合式移动导览信息切换程序编写[10]。

2.1 三维虚拟场景搭建

为了对三维虚拟场景进行搭建，首先对导览区域信息进行采集[11]。通过传感器对导览区域信息进行采集，得到导览信息为：

式中，[x，y，z]表示的是导览区域的三维信息。

依据获取的导览信息将其一一映射到三维虚拟模型中，同时获取相应的三维虚拟模型参数。就目前来看，三维虚拟模型参数获取方式主要分为五种：一是依据区域矢量图、资料对参数进行获取;二是利用无人机遥感技术对参数进行获取;三是利用高分辨率遥感技术对参数进行获取;四是利用激光雷达技术对参数进行获取;五是利用实地调研方式对参数进行获取[12]。

在三维虚拟场景搭建过程中，核心就是对坐标系进行转换。为了实现三维虚拟场景的可视化，采用投影技术对坐标系进行转换，转换过程为：

式中：[N]，[H]分别表示视点坐标与屏幕坐标;[β]，[L]表示夹角;[e]表示偏心率。

通过上述过程完成三维虚拟场景的搭建，为下述混合式移动导览信息的自动切换做准备[13]。

2.2 混合式移动导览信息切换程序编写

以上述搭建的三维虚拟场景为基础，采用控制器对混合式移动导览信息进行自动切换。该系统主要是通过控制信号对导览信息进行自由切换[14]。

混合式移动导览信息切换程序如图4所示。

如圖4所示，继电器在导览信息切换中扮演着重要的角色，其状态情况如表3所示。

通过上述系统硬件与软件的设计，实现了混合式移动导览信息自由切换系统的运行，满足用户的多样化需求[15]。

3 实验结果与分析

上述过程中实现了混合式移动导览信息自由切换系统的设计与运行，为了验证其是否可以解决现有系统存在的问题，设计仿真对比实验对设计系统的性能进行测试与分析。

在仿真对比实验过程中，主要采用设计系统与现有系统进行对比实验，通过第三方软件对其实验结果进行记录与对比分析。主要利用切换速率与系统可靠性指标来评价系统性能。具体实验结果分析过程如下所示。

3.1 切换速率对比分析