[发明专利]一种磁场分布的增强现实在线可视化方法

权利要求书

1.一种磁场分布的增强现实在线可视化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：利用测量工具对任意永磁体的磁场空间分布进行实际测量，获得永磁体的磁场空间分布实际数据；

步骤2：利用电磁场分析软件设置永磁体模型，并根据永磁体的磁场空间分布实际数据设置和调整矫顽力和剩磁参数，对永磁体的磁场空间分布进行数值模拟，直至获得相较于永磁体的磁场空间分布实际数据小于等于预设误差阈值的永磁体的磁场空间分布模拟数据；所述电磁场分析软件为ANSOFT Maxwell模拟软件；

步骤3：对永磁体的磁场空间分布模拟数据进行预处理：将磁场中每个测量点用点状三维模型进行图形绘制，并根据磁感应强度大小，用热力图形式对点状三维模型进行着色，最终以点云的形式呈现磁场空间分布；

步骤4：实现永磁体相对于增强现实设备前置摄像头的相对位姿识别；

步骤5：以增强现实设备作为客户端和台式计算机作为服务器并建立二者之间的通信，客户端向服务器发送磁感应强度测量点的位置，服务器返回测量点对应位置的磁感应强度值，客户端成功接收到返回的测量结果后，把结果在线显示在客户端的用户交互界面上；

所述步骤3包括如下步骤：

步骤3.1：构建浮点数类型的三维数组Intensity[w][h][d]，且以零元素对该三维数组进行初始化；其中，w为永磁体磁场空间分布数据在x轴方向的测量点个数；h为永磁体磁场空间分布数据在y轴方向的测量点个数；d为永磁体磁场空间分布数据在z轴方向的测量点个数；

步骤3.2：将步骤2获取的永磁体磁场空间分布模拟数据按照如下的下标映射关系填入步骤3.1构建的三维数组Intensity：对于某个点P的坐标为(x′,y′,z′)，该点的磁感应强度值为I，则该位置的磁感应强度值与三维数组元素的下标映射关系可由公式(1)～(3)得到：

其中s_x、s_y和s_z分别为永磁体磁场空间分布数据在x、y和z轴方向上相邻两个测量点之间的测量间距，则点P的磁感应强度值I存储在Intensity中对应的下标为[i][j][k]，将其磁感应强度值I填入Intensity中，则有Intersity[i][j][k]＝I；

步骤3.3：对三维数组Intensity中的数据进行平均归一化，将Intensity中每个元素的大小映射到[0,1]范围内；

步骤3.4：将三维数组Intensity中的元素值看作灰度图中像素灰度值大小，使用跨平台计算机视觉库OpenCV提供的cvtColor接口，将步骤3.3得到的归一化后的三维数组表示的三维灰度图转化为带有RGB通道信息的彩色三维热度图，从而得到每个测量点磁感应强度值的热度图颜色；

步骤3.5：在Unity项目中读取步骤2得到的永磁体的磁场空间分布模拟数据，针对磁感应强度测量点位置在Unity场景中绘制点状三维模型，使用在步骤3.4得到的每个测量点磁感应强度值的热度图颜色对相应的点状三维模型进行着色，最后将所有着色后的点状三维模型进行合并，得到磁场分布可视化点云网格；

所述实现永磁体相对于增强现实设备前置摄像头的相对位姿识别的方法为：搭建基于增强现实软件开发工具包Vuforia的模型识别环境，利用基于识别模型的方法ModelTarget实现永磁体相对于增强现实设备前置摄像头的相对位姿识别；

所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.1：使用Autodesk 3Ds Max建模软件构建与真实永磁体大小形状一致的永磁体三维模型，并利用UVLayout工具对构建的永磁体三维模型进行UV展开；

步骤4.2：根据真实永磁体，利用Vuforia提供的Model Target创建平台Vuforia ModelTarget Generator对步骤4.1构建的永磁体三维模型朝向Model Up Vector、模型大小单位Model Units、模型表面颜色Coloring和模型类型Model Type进行配置，生成三维模型识别目标；

步骤4.3：将步骤4.2得到的三维模型识别目标上传至Vuforia专门用于Model Target识别训练的云服务器，对上传的三维模型识别目标进行云端识别训练，生成不同相机位姿下观察永磁体三维模型得到的三维模型渲染图，并将这些三维模型渲染图和其对应不同的相机位姿作为训练样本，对姿态估计神经网络进行训练，并将训练结束后得到的永磁体姿态估计神经网络权重导入Unity项目中；

步骤4.4：在Unity项目中导入Vuforia的识别库，并在场景中添加Vuforia识别库提供的预置游戏物体ARCamera和Model Target，在Model Target物体的Model TargetBehaviour组件上，选择步骤4.1得到的永磁体三维模型作为识别目标；

所述步骤5包括如下步骤：

步骤5.1：将对步骤3得到的磁场分布可视化点云网格进行激活的消息和进行隐藏的消息分别注册到Model Target物体的Default Trackable Event Handler组件的On TargetFound事件和On Target Lost事件当中，以保证只有在增强现实设备正确识别到永磁体时，磁场分布的点云网格才会被可视化；且将磁场分布可视化点云网格与步骤4.1得到的永磁体三维模型进行坐标对齐，以确保识别成功后磁场分布可视化点云网格无偏差地在线叠加在现实世界的永磁体上；

步骤5.2：将步骤2得到的永磁体磁场空间分布模拟数据上传至服务器，计算磁感应强度测量点相对于永磁体三维模型坐标轴原点的相对位置的三维向量V_relative＝(x_relative,y_relative,z_relative)并将其发送到服务器端；其中x_relative、y_relative和z_relative分别是测量点相对于永磁体三维模型坐标轴原点在x、y和z方向上的偏移值；

步骤5.3：服务器端接收到客户端发送的三维向量V_relative，从服务器每次开启时按照步骤3.1和步骤3.2的方法根据永磁体磁场空间分布模拟数据构建的三维数组Intensity中，按照步骤3.2中所述的下标映射关系获取V_relative对应测量位置的磁感应强度标量I并将磁感应强度标量I返回给客户端；

步骤5.4：客户端将步骤5.2计算的V_relative与返回结果显示在客户端的用户交互界面上；

步骤5.5：将Unity项目进行发布，打开项目发布后生成的解决方案工程，并部署到客户端。