[发明专利]一种基于增强现实技术的3D分子交互对接系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及Web浏览器端，特别是基于增强现实技术(Augmented Reality Technique，简称AR)与标识(marker)识别技术的3D分子交互对接系统及实现方法。

背景技术

增强现实技术是在虚拟现实的基础上发展而来的新技术，是一种将计算机产生的虚拟物体与真实世界的场景相结合并对场景加以增强的技术。增强现实技术因其独特的魅力，近几年在游戏应用上也成为国内外的研究热点。将增强现实技术应用于游戏之中，可以通过虚实结合的游戏场景给用户身临其境的互动感受，从而提高游戏的用户体验，这也是增强现实技术在游戏中运用的优势。常规地，Web浏览器端的增强现实应用是基于一种黑白标签或标识通过其集成的摄像头获取得到一个简单的虚拟物体。

目前比较常用的实现增强现实的方式主要有以下三种：第一种是GPS结合Sensor的方式。原理是通过GPS取得经度、纬度和高度，通过地磁Sensor(即电子指南针)取得面向的方向，通过加速度Sensor取得倾斜的角度，然后根据这些位置信息获取相关信息叠加后显示。这种方式最适合在手机上实现。第二种就是Marker识别的方式。简要来说，原理是将Marker图像的信息事先保存，通过图像识别技术，在当前的图像中查找识别Marker图像，然后在Marker图像上叠加相关信息。该技术目前已经相对成熟。第三种是图像分析识别的方式。它必须要对摄影图像进行解析，识别出风景、物体和空间，然后叠加相关信息。它和marker识别的最大区别在于不需要识别特定的marker，而是直接对图像进行解析，但这也导致它需要处理的数据量很大，技术上也还有许多问题仍待解决，是一种相对较新，也比较具有发展前景的方式。

另一方面，图像识别技术室目前非常广泛的一种技术，其通过对图像的特征进行识别从而判断图像对应的相关信息，例如条形码。而标识识别是基于图像识别而实现的。

AR系统跟踪注册技术也有很多种，其中以基于视觉的跟踪注册最为常见，就是使用模式识别技术，对事先定义好的标识物或基准点进行识别，然后导入模型信息，合成虚拟场景。为了提高AR场景的真实感，不仅需要在跟踪定位过程基础上进行准确的注册，还需要对嵌入的虚拟物体进行与场景一致的真实感渲染。人机交互是实现用户与真实场景中的虚拟对象之间更加自然的交互，也是实现的AR的目的之一。

由以上可见，由于目前Web浏览器端都内置了一定像素的摄像头，并集成了WebRTC、ThreeJS等技术。将其与增强现实技术相结合，使增强现实系统能够在Web浏览器端进行，实现图像的标识识别、分子的三维显示、分子对接的实时打分及显示等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于增强现实与标识识别技术的3D分子交互对接系统及实现方法，通过本发明可以把分子对接三维显示、实时打分嵌入增强现实Web端，让分子对接的过程以一种崭新的方式呈现出来，让用户能够通过标识与虚拟三维分子实时交互，使增强现实智能化。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于增强现实技术的3D分子交互对接系统，所述3D分子交互对接系统包括相互连接的用户端和服务器端；

所述用户端包括增强现实模块和用户管理模块；所述增强现实模块包括标识识别模块、分子三维显示模块以及能量显示模块；所述用户管理模块包括构象提交、构象检索和用户排名查询模块；

所述服务器端包括打分函数模块、传递分数的消息中间件、排名系统以及分子数据库；

所述打分函数模块用来实现分子对接过程中的显示构象的实时打分，评价当前构象的结合能力，确定构象是否合理；

所述打分函数模块与所述能量显示模块通过所述消息中间件完成所述用户端与所述服务器端的实时通讯，提供快速可靠的消息传递机制；

所述排名系统对用户和用户提交的构象进行排名，并且保存相关信息，供所述排名查询模块进行查询和统计；

所述分子数据库提供相关受体和配体结构，并对受体和配体进行一定的预处理，供用户对接时选择。

所述标识识别模块通过用户授权后调用其浏览器摄像头，在摄像头捕获的视频元素中识别用户设定的标志，来确定用户选择的配体与受体分子。

所述分子三维显示模块在Web浏览器端显示分子三维结构，帮助用户确认配体与受体之间的位置关系。

所述能量显示模块用来获得用户当前构象的评价，并显示产生的虚拟的配体与受体分子对接过程中实时打分的结果，帮助用户继续搜寻更好的构象。