CN113763520A - 一种指示三维模型方位的方法和装置 - Google Patents

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1是根据本发明实施例的指示三维模型方位的方法的主要流程的示意图。作为本发明的一个实施例，如图1所示，所述指示三维模型方位的方法可以包括：

步骤101，判断三维模型是否渲染在屏幕内；若否，则将所述三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，从而得到所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标。

首先判断三维模型是否渲染在屏幕内，如果是，则结束。如果否，则将所述三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，从而得到所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标。为了便于计算所述三维模型的方位，所述三维模型的目标位置包括所述三维模型的中心位置。

为了在屏幕中指示三维模型的方位，因此需要先将所述三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，从而得到所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标。如图2所示，世界空间坐标系是以屏幕中心为原点，以屏幕水平右方向为X轴正方向，以屏幕竖直向上方向为Y轴正方向，以水平朝内的方向(朝向用户的方向)为Z轴正方向的三维空间坐标系。需要指出的是，所述目标坐标系为二维空间坐标系，通常根据后续展示和其他功能的实际的情况来构建相匹配的目标坐标系，这样可以减少后续的一些计算和处理步骤。

可选地，将所述三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，从而得到所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标，包括：将所述三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到屏幕坐标系下；将所述目标位置在所述屏幕坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，从而得到所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标。在本发明的实施例中，首先将三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到屏幕坐标系下，如图3所示，所述屏幕坐标系是以所述屏幕左上角为原点、以所述屏幕水平向右方向为X轴正方向、以所述屏幕竖直向下方向为Y轴正方向的二维空间坐标系。然后将所述目标位置在所述屏幕坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，从而得到所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标。可选地，所述目标坐标系是以所述屏幕中心为原点、以所述屏幕水平向右方向为Y轴正方向、以所述屏幕竖直向下方向为X轴正方向的二维空间坐标系。

以三维模型的中心位置为例，为了在步骤102中计算旋转夹角，需要知道三维模型的中心位置M在三维世界空间坐标系下的坐标(x_m,m,m)，然后根据模型三维坐标进行空间变换，从而获得三维模型的中心位置M在屏幕坐标系下的坐标B(x_a,y_a)。

接下来，将三维模型的中心位置M在屏幕坐标系下的坐标：

B(x_b,b)进行坐标系转换到目标坐标系下。转换后，获得三维模型的中心位置M在目标坐标系下的坐标A(x_a,y_a)。假设屏幕的宽为w，高为h，那么屏幕坐标系下的目标坐标系中心点坐标O(x_o,y_o)＝(w/2，h/2。即可获得坐标点B在目标坐标系下的坐标点A(x_a,a)＝(y_b-y_o,x_b-x_o)。

可选地，如图4所示，将所述三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到屏幕坐标系下，包括：将所述三维模型的目标位置在模型空间坐标系下的坐标转换到世界空间坐标系下；将所述三维模型的目标位置在所述世界空间坐标系下的坐标转换到观察空间坐标系下；将所述三维模型的目标位置在所述观察空间坐标系下的坐标转换到裁剪空间坐标系下；将所述三维模型的目标位置在所述裁剪空间坐标系下的坐标转换到屏幕坐标系下。空间变换通常也被称作顶点变换，3D渲染引擎基本都对此提供支持。通常情况下，先采用模型观察投影矩阵，将顶点坐标从模型空间变换到裁剪空间，然后进行归一化(齐次除法)和屏幕映射，从而完成模型空间到屏幕空间的变换。

步骤102，根据所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标，计算旋转夹角。

根据步骤101中计算出的所述三维模型的目标位置在所述目标坐标系下的坐标，计算相对于参考方向的旋转夹角。可选地，步骤102可以包括：计算以所述目标坐标系的原点为起点、以所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标为终点的目标向量；计算所述目标向量的单位向量与所述目标坐标系的参考方向的单位向量之间的夹角，从而得到旋转夹角。在得到三维模型的目标位置在所述目标坐标系下的坐标后，即可以得到目标坐标系下的目标向量，然后计算目标向量与参照方向的夹角，就可以计算出旋转夹角。

可选地，计算所述目标向量的单位向量与所述目标坐标系的参考方向的单位向量之间的夹角，包括：计算所述目标向量的单位向量与所述目标坐标系的参考方向的单位向量的乘积；对所述乘积求解反余弦或者反正切，得到所述目标向量与所述目标坐标系的参考方向的单位向量之间的夹角。

以三维模型的中心位置M在目标坐标系下的坐标点A(x_a,a)＝(y_b-y_o,x_b-x_o)为例，可以获得所述目标坐标系下以中心点坐标O为起点、坐标点A为终点的目标向量

接着，可以求得向量的单位向量可参考如下公式计算单位向量(其中a为任意非零矢量)：

假设以目标坐标系的X轴正方向作为参考方向，那么该方向的单位向量为

对单位向量和单位向量求点乘，得到接着根据如下公式即可求得和两个向量的夹角：

1)可以对V求反余弦，即可获得和的夹角θ。

2)也可以对V求反正切，即可获得和的夹角θ。

步骤103，基于所述旋转夹角对箭头指示器进行旋转，以指示所述三维模型的方位。

如图5所示，箭头指示器从参考方向(水平向右的方向)开始旋转，箭头指示器的旋转角度即为旋转夹角θ，旋转后的箭头指示器用于指示所述三维模型的方位。

由于需要实时指示三维模型的方位，所以本发明实施例需要在手机或者其他带屏幕的设备屏幕刷新的每一帧中进行处理。

需要指出的是，如果用户在屏幕上拖动模型，使得模型逐渐进入屏幕内，那么此时所述箭头指示器可以消失。

根据上面所述的各种实施例，可以看出本发明实施例通过若三维模型没有渲染在屏幕内，则将三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，计算旋转夹角，从而旋转箭头指示器的技术手段，解决了现有技术中无法确定模型方位的技术问题。本发明实施例能够在二维屏幕上实时指示和跟踪在世界空间中的三维模型的方位，即使屏幕上没有渲染出三维模型，用户也能够知晓模型的方位，显著地提高了用户体验。因此，本发明实施例能够在AR/VR场景下实时指示三维模型在屏幕中的方位。

图6是根据本发明一个可参考实施例的指示三维模型方位的方法的主要流程的示意图。作为本发明的又一个实施例，如图6所示，所述指示三维模型方位的方法可以包括：

步骤601，判断三维模型是否渲染在屏幕内；若是，则执行步骤602；若否，则结束。

步骤602，将所述三维模型的中心位置在世界空间坐标系下的坐标转换到屏幕坐标系下。

首先判断三维模型是否渲染在屏幕内，如果是，则结束。如果否，则将所述三维模型的中心位置在世界空间坐标系下的坐标转换到屏幕坐标系下。

步骤603，将所述三维模型的中心位置在所述屏幕坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，从而得到所述中心位置在所述目标坐标系下的坐标。

在该实施例中，所述屏幕坐标系是以所述屏幕左上角为原点、以所述屏幕水平向右方向为X轴正方向、以所述屏幕竖直向下方向为Y轴正方向的二维空间坐标系；所述目标坐标系是以所述屏幕中心为原点、以所述屏幕水平向右方向为Y轴正方向、以所述屏幕竖直向下方向为X轴正方向的二维空间坐标系。

步骤604，计算以所述目标坐标系的原点为起点、以所述中心位置在所述目标坐标系下的坐标为终点的目标向量

步骤605，计算所述目标向量的单位向量与所述目标坐标系的参考方向的单位向量的乘积

步骤606，对所述乘积求解反余弦或者反正切，得到所述目标向量与所述目标坐标系的参考方向的单位向量之间的夹角θ，即为旋转夹角。

或者

步骤607，基于所述旋转夹角对箭头指示器进行旋转，以指示所述三维模型的方位。

箭头指示器从参考方向(水平向右的方向)开始旋转，箭头指示器的旋转角度即为旋转夹角θ，旋转后的箭头指示器用于指示所述三维模型的方位。

另外，在本发明一个可参考实施例中指示三维模型方位的方法的具体实施内容，在上面所述指示三维模型方位的方法中已经详细说明了，故在此重复内容不再说明。

图7是根据本发明实施例的指示三维模型方位的装置的主要模块的示意图，如图7所示，所述指示三维模型方位的装置700包括转换模块701、计算模块702和指示模块703；转换模块701用于判断三维模型是否渲染在屏幕内；若否，则将所述三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换目标坐标系下，从而得到所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标；计算模块702用于根据所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标，计算旋转夹角；指示模块703用于基于所述旋转夹角对箭头指示器进行旋转，以指示所述三维模型的方位。

可选地，所述转换模块701还用于：

将所述三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到屏幕坐标系下；

将所述目标位置在所述屏幕坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，从而得到所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标。

可选地，所述屏幕坐标系是以所述屏幕左上角为原点、以所述屏幕水平向右方向为X轴正方向、以所述屏幕竖直向下方向为Y轴正方向的二维空间坐标系；

所述目标坐标系是以所述屏幕中心为原点、以所述屏幕水平向右方向为Y轴正方向、以所述屏幕竖直向下方向为X轴正方向的二维空间坐标系。

可选地，所述三维模型的目标位置包括所述三维模型的中心位置。

可选地，所述转换模块701还用于：

将所述三维模型的目标位置在模型空间坐标系下的坐标转换到世界空间坐标系下；

将所述三维模型的目标位置在所述世界空间坐标系下的坐标转换到观察空间坐标系下；

将所述三维模型的目标位置在所述观察空间坐标系下的坐标转换到裁剪空间坐标系下；

将所述三维模型的目标位置在所述裁剪空间坐标系下的坐标转换到屏幕坐标系下。

可选地，所述计算模块702还用于：

计算以所述目标坐标系的原点为起点、以所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标为终点的目标向量；

计算所述目标向量的单位向量与所述目标坐标系的参考方向的单位向量之间的夹角，从而得到旋转夹角。

可选地，所述计算模块702还用于：

计算所述目标向量的单位向量与所述目标坐标系的参考方向的单位向量的乘积；

对所述乘积求解反余弦或者反正切，得到所述目标向量与所述目标坐标系的参考方向的单位向量之间的夹角。

根据上面所述的各种实施例，可以看出本发明实施例通过若三维模型没有渲染在屏幕内，则将三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，计算旋转夹角，从而旋转箭头指示器的技术手段，解决了现有技术中无法确定模型方位的技术问题。本发明实施例能够在二维屏幕上实时指示和跟踪在世界空间中的三维模型的方位，即使屏幕上没有渲染出三维模型，用户也能够知晓模型的方位，显著地提高了用户体验。因此，本发明实施例能够在AR/VR场景下实时指示三维模型在屏幕中的方位。

需要说明的是，在本发明所述指示三维模型方位的装置的具体实施内容，在上面所述指示三维模型方位的方法中已经详细说明了，故在此重复内容不再说明。

图8示出了可以应用本发明实施例的指示三维模型方位的方法或指示三维模型方位的装置的示例性系统架构800。

如图8所示，系统架构800可以包括终端设备801、802、803，网络804和服务器805。网络804用以在终端设备801、802、803和服务器805之间提供通信链路的介质。网络804可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。

用户可以使用终端设备801、802、803通过网络804与服务器805交互，以接收或发送消息等。终端设备801、802、803上可以安装有各种通讯客户端应用，例如购物类应用、网页浏览器应用、搜索类应用、即时通信工具、邮箱客户端、社交平台软件等(仅为示例)。

终端设备801、802、803可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。

服务器805可以是提供各种服务的服务器，例如对用户利用终端设备801、802、803所浏览的购物类网站提供支持的后台管理服务器(仅为示例)。后台管理服务器可以对接收到的物品信息查询请求等数据进行分析等处理，并将处理结果(例如目标推送信息、物品信息——仅为示例)反馈给终端设备。

需要说明的是，本发明实施例所提供的指示三维模型方位的方法一般由终端设备801、802、803执行，相应地，所述指示三维模型方位的装置设置在终端设备801、802、803中。

应该理解，图8中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。

下面参考图9，其示出了适于用来实现本发明实施例的终端设备的计算机系统900的结构示意图。图9示出的终端设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图9所示，计算机系统900包括中央处理单元(CPU)901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的程序或者从存储部分908加载到随机访问存储器(RAM)903中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 903中，还存储有系统900操作所需的各种程序和数据。CPU 901、ROM 902以及RAM903通过总线904彼此相连。输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。

以下部件连接至I/O接口905：包括键盘、鼠标等的输入部分906；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分907；包括硬盘等的存储部分908；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分909。通信部分909经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器910也根据需要连接至I/O接口905。可拆卸介质911，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器910上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分908。

特别地，根据本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明公开的实施例包括一种计算机程序，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分909从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质911被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)901执行时，执行本发明的系统中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括转换模块、计算模块和指示模块，其中，这些模块的名称在某种情况下并不构成对该模块本身的限定。

作为另一方面，本发明还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，该设备实现如下方法：判断三维模型是否渲染在屏幕内；若否，则将所述三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，从而得到所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标；根据所述目标位置在所述目标坐标系下的坐标，计算旋转夹角；基于所述旋转夹角对箭头指示器进行旋转，以指示所述三维模型的方位。

根据本发明实施例的技术方案，因为采用若三维模型没有渲染在屏幕内，则将三维模型的目标位置在世界空间坐标系下的坐标转换到目标坐标系下，计算旋转夹角，从而旋转箭头指示器的技术手段，所以克服了现有技术中无法确定模型方位的技术问题。本发明实施例能够在二维屏幕上实时指示和跟踪在世界空间中的三维模型的方位，即使屏幕上没有渲染出三维模型，用户也能够知晓模型的方位，显著地提高了用户体验。因此，本发明实施例能够在AR/VR场景下实时指示三维模型在屏幕中的方位。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。