传感器结合应用浅谈
刘建平
(青海省科学技术信息研究所有限公司，西宁810001) 摘要：通过对于VR虚拟现实交互技术的学习研究，结合全球VR硬件软件技术、电脑硬件技术、5G通讯的迅猛发展，通过VR虚拟现实交互技术与民用无人机技术相结合，应用于影像采集，具有非常重要的现实意义。关键词：VR；虚拟现实；交互；无人机；数据可视化；传感器 电子元器件样品中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1005-9393(2021)03-0087-04
1引言
VR技术在近年来发展迅速，VR硬件设备逐渐民用化、手机VR的实际应用日益成熟、电脑显卡等成像计算用硬件发展迅速，高性能的硬件开始逐渐进入人们的生活，软件功能的提升大大地降低了开发者的成本。VR软硬件产品开始融入人们的生活。时机和技术已经双成熟，VR数据可视化在园区工厂等场景环境下可以得到更好的开发和应用。 虚拟现实技术是多媒体技术的终极应用形式，它是计算机硬件技术、计算机软件技术、传感技术、机器人技术、人工智能及行为心理学等科学领域飞速发展的结晶。主要依赖于三维实时图形显示、三维定位跟踪、触觉及嗅觉传感技术、人工智能技术、高速计算与并行计算技术以及人的行为学研究等多项关键技术的发展。[1]
无人驾驶航空器(UA—Unmanned)，是一架由遥控站管理(包括远程操控或自主飞行)的航空器，也称驾驶航空器(RPA—Remotely Piloted Aircraft)[2]o 2VR技术与无人机技术的当前形式
时至今日，消费级VR视频录制产品已经相当成熟，如insta360的消费级产品，已经在适当视频质量的前提下做到设备的轻量化。
无人机技术的发展和普及也非常迅速，特别是以穿越机为代表的超轻型低成本的组装微型超低空超近程多旋翼无人机已经越来越普及，以大疆为代表的品牌无人机设备也越发的成熟。
3VR硬件软件设备的进步
3.1VR实景场景采集方面的发展
3.1.1VR影像采集
消费级的VR的影视录制设备已经发展得非常迅速，以insta360为首的VR摄影机，体积越来越小，质量越来越高，性价比也逐渐提升。
部分技术人员已经开始使用GROPRO等广角摄像机结合3D打印技术和光流法相结合自制VR 全景摄影机，以此突破成品商品的摄影品质质量。
3.1.2摄影测量法扫描
作者简介：刘建平，(1988-)，男，研究实习员。研究方向：数据可视化。
摄影测量法已经在测绘等行业中发展很多年，通过此项技术可以宜接生成多边形模型和点云。
然而近年来PCL（点云库）技术的发展让场景还原等可视化和可交互性应用变得更加的成熟。
3.1.33D扫描设备
3D扫描技术已经发展多年，广泛地应用于现代生产研究，如文保行业的文物3D扫描、影视行业的人脸3D扫描等。
3.2VR成像方面的发展
3.2.1硬件方面
作为消费级VR设备的HTCVIVE在其新的HTCvivePRO EYE产品中加入了眼动追踪，为可交互场景提供了更多的可能性。
3.2.2软件方面
在虚幻5的发布中，Nanite虚拟微多边形几何体可以让数以亿计的多边形组成虚拟空间场景在更低价位的消费主机中流畅运行，彻底摆脱法线烘焙等传统技术在视觉细节上给体验者带来的不适感，让虚拟场景的细节和材质更加地贴近于真实。此技术可以把Zbrush的三维雕刻模型和摄影测量法所生成的模型及其贴图直接导入，并实现UE5中的物理引擎实时渲染成像。
同时，Lumen全动态全局光照方案发布。Lumen光照解决方案能够对场景和光照变化做出实时的动态反应，并且不需要专门的光线追踪硬件支持。此系统能够在宏大精细的场景中渲染间接镜面反射和漫反射，从毫米级到千米级。设计师们现在可以使用Lumen系统创建出更加真实光照的动态场景，例如改变白天太阳的光照角度，天花板缝隙漏入室内的光照变化，系统会根据实际情况自动调整间接光照。此系统的出现为设计师节省了大量工作时间，我们无需因为在虚幻编辑器中移动了光源而去等待 光照贴图烘焙渲染，也不再需要编辑光照贴图的UV分布。同时最终光照效果将和在展示主机上所运行时的效果保持完全一致。
全球影视行业应用极为广泛的后期软件AfterEffect中已经在其中加入了VR处理解决方案，运用其原本就强大的伪三维空间的设计，可以把原本就功能强大的动画特效完美地应用在VR的成像处理方面。
4民用无人机技术的发展
近年来，随着法律法规政策的不断完善，民用无人机在逐步规范健康的良好环境下迅速发展。多旋翼无人机的制作组装成本也越来越低，模块化的飞控、电机、机架、桨叶等的出现，让民用多旋翼无人机可以依据使用者需求进行更加精准的组装设计。
飞控系统的成熟大大地提升了飞机的稳定性。飞机的自稳定功能已经成为了各个飞控系统最为基本的系统。
5VR虚拟现实技术与无人机的结合
VR虚拟现实技术与无人机结合，在流程上分为采集与成像两个部分（见图］）。充气模型
5.1数据采集
影像采集部分：影像采集部分可以使用多旋翼无人机采集固定线路的巡航或者远程操控过程中的影像；场景内布置的VR摄影机同样可以把影像数据传回数据库；摄像机的位置数据和无人机的飞行数据同样传输给数据库等待系统调取。
传感器数据采集部分：场景中的传感器可以把数据传输回数据库等待系统调取。
5.2可视化系统数据调用
虚拟场景：虚拟场景搭建基于现实场景，在与实景相同的摄影机分布位置加入虚拟VR摄影机，摄影机与实景中的摄影机建立数据连接，使摄影机中的影像数据传输回系统。在虚拟场景中制作数据展示模块，由于虚拟场景和现实场景的摄像机图像数据匹配，所以虚拟和现实的两套场景画面可以做到同步覆盖，实现数据在现实场景中匹配显示，并且做到数据自动更新显示。
现实场景：无人机可按照设定好的路线进馳航录制，运用insta360公司的影石oneR模块化双摄像头VR摄影机的概念。可以重新设计摄影机在无人机的布局，达到无痕VR的录制效果。（见图2）
青海科技2021年第3期
被采集场景传感器数据
实时渲染数摇可视化系统
VR可交互显示设备移动终端台式终端展厅
图1实景场景数据可视化流程图
图2模块化双摄像头VR设备搭载无人机示意图虚拟场景与现实场景在相同比例、相同摄像机参数、相同巡航路线等前提下可以实现虚拟场景与现实场景的贴合，使得可视化的数据可以在现实场景中匹配显示，并且可以让虚拟场景和现实场景实现无缝切换。
无人机设计：使用图2中的模块化设计可以有效摆脱传统垂挂式的钟摆效果。
数据变化转化成模型变化的蓝图结构如图3所示，实际情况依据所需可视化内容对模型的颜、形态、位移等属性进行关联。图3所链接的是模型的Z轴缩放与颜红部分的变化。
图3参数改变可视化模型颜及其形状蓝图举例传感器数据的关联性非常高，例如风力风向传感器的风向风速数据可以与场景中风场的方向
2021年第3期
表1植物生长阶段与风速不同参数区间触发动画片段
速(m/s)
植株抗风^0-0.20.3-33 3.4-10.710.8-17.117.2-24.2>24.2
0~0.2播放动画
C0101
播放动画
C0102
播放动画
C0103
播放动画
C0104
播放动画
C0105
播放动画
C0106
0.3~0.5播放动画
C0201
播放动画
C0202
播放动画
C0203
播放动画
废水处理有机系统C0204
播放动画
C0205
播放动画
G0206
0.6-0.7播放动画
C0301
播放动画
C0302
播放动画
塑料表面电晕处理机
C0303
播放动画
C0304
播放动画
C0305
播放动画
C0306
0.8~0.9播放动画
C0401
播放动画
G0402
播放动画
C0403
播放动画
C0404
播放动画
C0405
播放动画
G0406
>1.0播放动画
C0501
播放动画
C0502
弹性钢播放动画
C0503
播放动画
C0504
播放动画
高压脉冲电容器C0505
播放动画
C0506
和风力相关联。未来的气象变化数据也可以导入场景进行简单的推演和影像呈现。呈现的推演可以进行提前的条件设定，在系统中创建触发事件，例如当植物生长系数0.35风速达到12m/s时，模型开始播放动画C0204(见表1)o
结合多媒体点播技术插入到系统中，在遇到特定触发条件下使用多媒体推送，为使用者提供多媒体形式的应对方案。
6结语
VR、可视化系统、传感器和无人机的结合使得大量工作可以远程展现。跨行业、跨领域的互通合作，可以让我们的VR可视化变得更加的丰富、灵活和自由。无人机技术、图传技术、5G技术的成熟已经让我们能够远程低延迟地观看现场VR全景画面，远程进入现场并让现场各种数据清晰地展现在眼前。
虽然硬件操作技术上面依旧有一定限制，VR 硬件成像设备与VR技术开始互补式的迅速发展，更加低人工、低成本、高效率、优秀效果的VR 体验开始慢慢融入我们的生活中。VR可视化与无人机的结合，开始让园区场景内的设备更加直观智能地展现在我们面前，减少更多的体力劳动，让体力工作转换成更多的技术工作，减少复杂的操作，让其更加宜观简单地交给操作者。在软硬件技术的不断进步中，定能成为我们工作生活中—款便捷的工具。
参考文献：
[1]张燕翔，等.虚拟/增强现实技术及其应用[M].北京：中国科
学技术大学出版社,2017:1.
[2]孙毅，等.无人机驾驶员航空知识手册[Z].北京：中国民航出
版社,2014:1.
