一种实现纸质地图与电子地图结合显示的方法及装置

技术领域

本发明涉及地图信息显示和增强现实技术领域，特别是涉及一种 实现纸质地图与电子地图结合显示的方法及装置。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，简称AR)是在虚拟现实的基础上 发展起来的技术。它可以把计算机产生的虚拟图像与真实的世界进行 叠加，令虚拟图像和真实世界能够合并显示，对于用户对真实世界的 感知与交互能力有很好的增强效果。而且增强现实技术具有实时交互 的性质，只要是具有摄像功能和显示屏的设备都可以满足要求。

纸质地形图是将地面上的地物地貌等按照平行投影的方法、一定 的比例尺缩绘到图纸上，形成表示地表起伏形态和地理位置、形状的 平面投影图。这是传统使用的地形图，通过它可以同时观察大范围内 的地形、并且在需要的地方进行标记、使用方便、便于携带，这些都 是纸质地形图的优点。但是随着科技迅速发展，人们所知道的信息快 速增多，纸质地形图只能包含有限的信息量，无法全面及时的反映大 量相关的信息，这是它的主要缺点。

而电子地形图即在计算机屏幕上绘制和显示的地形图，它拥有大 量精确的数据信息，这是纸质地形图难易相比的。但是因为屏幕大小 有限，电子地形图无法观察大范围的整体地形，进行标记也比较麻烦。 在实际使用中，单独使用纸质地形图或者电子地形图都有一定不足， 因此我们希望可以将它们结合起来使用。

但是对于纸质地形图和电子地形图结合显示来说，增强现实技术 最大的不足在于标识物图像单一且不具有代表意义，不方便用户使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现纸质地图与电子地图结合显示的 方法及装置，目的在于综合利用纸质地图与电子地图的优点，弥补其 不足，方便用户的使用。

为解决上述技术问题，本发明提供一种实现纸质地图与电子地图 结合显示的方法，包括：

捕获纸质地图的图像，从所述图像中检测出标识物，所述标识物 为经过预先训练的标识物，所述标识物的内部图案为以所述纸质地图 为背景的图案；

通过所述标识物的边框及内部图案计算得到所述标识物的位置 信息及方向信息；

将所述标识物的内部图案与预设的标识物模板进行比对，获取与 所述标识物相对应的模型；

根据所述位置信息及方向信息，在纸质地图与电子地图结合显示 的场景中对所述模型进行显示。

可选地，在所述捕获纸质地图的图像，从所述图像中检测出标识 物之前还包括：

预先对多个标识物进行识别训练，建立标识物模板。

可选地，所述标识物的边框为边长60毫米、宽度10毫米的黑色 边框。

可选地，所述将所述标识物的内部图案与预设的标识物模板进行 比对，获取与所述标识物相对应的模型包括：

当检测到的标识物为多个时，将所述多个标识物的内部图案分别 与预设的标识物模板进行比对，获取与各个标识物相对应的多个模型， 以同时对所述标识物进行识别。

可选地，在所述根据所述位置信息及方向信息，在纸质地图与电 子地图结合显示的场景中对所述模型进行显示之后还包括：

响应用户输入的对所述模型进行缩放、平移或旋转操作的控制指 令。

可选地，所述用户通过键盘、鼠标或菜单输入所述控制指令。

可选地，所述模型为3D模型。

本发明还提供了一种实现纸质地图与电子地图结合显示的装置， 包括：

检测模块，用于捕获纸质地图的图像，从所述图像中检测出标识 物，所述标识物为经过预先训练的标识物，所述标识物的内部图案为 以所述纸质地图为背景的图案；

计算模块，用于通过所述标识物外框及内部图案计算得到所述标 识物的位置信息及方向信息；

获取模块，用于将所述标识物的内部图案与预设的标识物模板进 行比对，获取与所述标识物相对应的模型；

显示模块，用于根据所述位置信息及方向信息，在纸质地图与电 子地图结合显示的场景中对所述模型进行显示。

可选地，还包括：

建立模块，用于在所述检测模块捕获纸质地图的图像，从所述图 像中检测出标识物之前，预先对所述标识物进行识别训练，建立标识 物模板。

可选地，还包括：

响应模块，用于在所述显示模块根据所述位置信息及方向信息， 在纸质地图与电子地图结合显示的场景中对所述模型进行显示之后， 响应用户输入的对所述模型进行缩放、平移或旋转操作的控制指令。

本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法及装 置，通过对原标识物进行改进，将纸质地图上的图案直接用作标识物 的内部图案，来获得大量互不相同的标识物。与原标识物的固定图案 相比，本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法及装 置，其标识物具有自己的含义，不必用户自己设计标识物图案，使用 户的使用更加方便。

附图说明

图1为本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法 的一种具体实施方式的流程图；

图2为本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法 的另一种具体实施方式的流程图；

图3为本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法 的效果图；

图4为本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的装置 的一种具体实施方式的结构框图。

具体实施方式

增强现实技术可以做到将计算机产生的虚拟图像和真实的世界 进行叠加，令用户可以同时对真实世界和虚拟世界进行融合观察。在 本发明中，纸质地图即真实世界，电子地图的数据信息可以转换成计 算机产生的虚拟图像，将它们使用增强现实技术进行融合显示。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图 和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中 的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法的一 种具体实施方式的流程图如图1所示，该方法包括：

步骤S101：捕获纸质地图的图像，从所述图像中检测出标识物， 所述标识物为经过预先训练的标识物，所述标识物的内部图案为以所 述纸质地图为背景的图案；

步骤S102：通过所述标识物的边框及内部图案计算得到所述标识 物的位置信息及方向信息；

步骤S103：将所述标识物的内部图案与预设的标识物模板进行比 对，获取与所述标识物相对应的模型；

步骤S104：根据所述位置信息及方向信息，在纸质地图与电子地 图结合显示的场景中对所述模型进行显示。

本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法，通过 对原标识物进行改进，将纸质地图上的图案直接用作标识物的内部图 案，来获得大量互不相同的标识物。与原标识物的固定图案相比，本 发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法，其标识物具 有自己的含义，不必用户自己设计标识物图案，使用户的使用更加方 便。

现有增强现实技术中原本的标识物很不适用，主要是由于：(1) 原标识物的尺寸是固定的，不能在纸质地图上灵活使用；(2)原标识 物的图案是固定的，而本申请中则需要大量的标识物，而逐一设计互 不相同的标识物是很困难的，标识物不具有特定的意义也会增加实际 应用的难度。

因此，本发明提供了实现纸质地图与电子地图结合显示的方法的 另一种具体实施方式，其流程图如图2所示，与上一实施例相比，本 实施例中增加了对标识物进行训练的过程，能够实现同时识别多个标 识物并且增加了用户交互功能，该方法包括：

步骤S201：预先对多个标识物进行识别训练，建立标识物模板；

增强现实的开发包中原有的标识物是由边长为80mm，宽度为 40mm的黑色边框包围的白色背景的图案，由于它的尺寸不够灵活， 设计大量互不相同的图案也很困难，所以在实现纸质地形图和电子地 形图结合的过程中并不实用。本发明将标识物的尺寸变为边长60mm， 宽度10mm的黑色边框包围的任意非对称图案，这样的大小满足容易 训练和识别、不过多的遮挡纸质地图的内容、有足够的空间来设计标 识物图案的要求，能够使标识物的使用更加方便灵活，用在纸质地图 上非常合适。

其次，以纸质地图上的地形地貌构成复杂，极少有重复的情况， 因此将纸质地图上的图案直接用作标识物。这样做不仅可以获得大量 互不相同的标识物，而且标识物具有自己的含义，不必用户自己设计 标识物图案，也能避免用户过多的麻烦，使本发明更加方便实用。

步骤S202：使用摄像头捕获视频，从中检测标识物；

步骤S203：通过所述标识物的边框及内部图案计算得到所述标识 物的位置信息及方向信息；

步骤S204：当检测到的标识物为多个时，将所述多个标识物的内 部图案分别与预设的标识物模板进行比对，获取与各个标识物相对应 的多个模型，以同时对所述标识物进行识别；

为了能够实现同时识别多个标识物并渲染不同模型的功能，需要 预先设置一个标识物模板列表，用于存放多个标识物模板的信息；设 置一个值，用于存放标识物模板的总数量；设置一个数组和一个变量， 用于存放模型及控制渲染哪个模型。

步骤S205：根据所述位置信息及方向信息，在纸质地图与电子地 图结合显示的场景中对所述模型进行显示；

具体地，根据想要与纸质地图结合显示的电子地图的数据信息制 作相应的模型。只要最终获得的模型为mqo格式，可以充分展示电子 地图中想要的信息即可。

mqo格式是软件水杉(Metasequoia)的专有格式，它不仅可以通 过水杉软件打开进行查看和修改，也可以通过文本文件的方式进行查 看。mqo文件的内容主要包括mqo文件的标题、Scene、Material、Object、 点集合等，这些模块是一般mqo文件中都会存在的。其中，文件标题 就是该文件的名字；Scene主要定义了图形的初始位置，观察点，环 境光等参数；Material中主要定义了材质名称，颜色(col)，扩散光(dif)， 环境光(amb)，自发光(emi)，反射光(spc)，光强(power)等参 数；Object中主要定义了定点集合，面及其UV贴图等。

步骤S206：响应用户输入的对所述模型进行缩放、平移或旋转操 作的控制指令。

为了增加用户交互功能，使用户可以控制模型的缩放、平移和旋 转，可以设置数组来存放用到的缩放、平移和旋转参数。数组的下标 代表某个标识物在标识物模板列表中的序号，只要对数组中的某项的 参数做出更改，就可以对该下标对应的标识物处渲染的模型进行想要 做的操作。

所述用户可以通过键盘、鼠标或菜单输入所述控制指令。这三种 交互方式各有自己的优点和适用情况，以平移模型为例：键盘方式通 过键盘快捷键对模型进行操作，每次按下快捷键，模型移动的距离是 固定的，键盘方式使用户可以观察模型逐渐移动的效果；鼠标方式通 过跟踪鼠标按键按下或放开，以及鼠标的位置来对模型进行操作，它 的优点在于可以同时使模型在各个方向发生移动；菜单操作通过输入 想要模型所处的位置的坐标来控制模型的位置，在想要模型移动到某 个特定位置时十分方便，此外，在想要将已经进行过操作的模型移回 初始位置是非常实用。将这三种交互方式综合起来使用，基本上可以 对模型完成任意想要的操作，能够满足任意数据信息的观察需求。

本发明可具体通过ARToolKit增强现实开发包来完成， ARToolKit是用C/C++语言编写的，可以完成获取每一帧图像并实时 现实、识别图像中的标识物、在标识物的位置渲染模型等功能。在 ARToolKit已有的源代码的基础上，根据本发明的特定需求对源代码 作了以下两种改进：

(1)源代码中同时只能识别一个标识物并渲染相应的模型，但 是在本发明中，可能会有同时要显示几个不同的数据信息的情况。因 此需要修改代码使其能够同时识别多个标识物并且渲染不同的模型； (2)ARToolKit的源代码中没有与用户进行交互的功能，但是在本实 施例中，添加了用户进行交互的功能，

本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法的效 果图如图3所示，图中背景为等高线图，即纸质地图，山峰模型即使 用电子地图的信息所制作的模型。用户在看到纸质地图内容的同时， 也从模型中直观的了解到电子地图中有关的信息，使用户的观察更加 全面、直观、立体。

针对纸质地形图便于整体观察、易于标注、但是无法及时的反映 出越来越多的相关信息；电子地形图拥有丰富而精确的数据信息、但 是无法观察到大范围的地形、难以进行必要的标记的特点。本发明所 提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法，既可以从整体上观 察地形结构，进行需要的标记，也可以同时知道相关的各类信息。与 单独观察某种地形图或单纯的将两种地图进行比照观察相比，不仅使 用方便、定位准确，而且便于对地形的观察和分析。

本申请通过对原标识物进行改进，将纸质地图上的图案直接用作 标识物的内部图案，来获得大量互不相同的标识物。与原标识物的固 定图案相比，本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方 法，其标识物具有自己的含义，不必用户自己设计标识物图案，使用 户的使用更加方便。

需要指出的是，本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显 示的方法，可以应用于其他多种地图，例如城市规划图、人口分布图 等各类地图的纸质版和电子版都有相应的优点和缺点，考虑这些优点 和缺点并进行适当的结合，对于各类情况的研究有不同的意义。

本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法，还可 以使用3D模型表示部分信息。这样能够避免只使用常用的文字、图 片、表格等信息表示方法会导致观察效果不够直观的缺点。

本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的方法，可以 在多种终端使用。本申请充分利用现在移动智能设备非常普及的现状， 弥补电脑移动不便、有使用环境限制的不足，使手机、平板电脑、甚 至谷歌眼镜等具有摄像功能和显示屏的设备都可以进行纸质地形图和 电子地形图结合显示的观察。

本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的装置的一 种具体实施方式的结构框图如图4所示，该装置包括：

检测模块1，用于捕获纸质地图的图像，从所述图像中检测出标 识物，所述标识物为经过预先训练的标识物，所述标识物的内部图案 为以所述纸质地图为背景的图案；

计算模块2，用于通过所述标识物外框及内部图案计算得到所述 标识物的位置信息及方向信息；

获取模块3，用于将所述标识物的内部图案与预设的标识物模板 进行比对，获取与所述标识物相对应的模型；

显示模块4，用于根据所述位置信息及方向信息，在纸质地图与 电子地图结合显示的场景中对所述模型进行显示。

优选地，本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的装 置还可以进一步包括：

建立模块5，用于在所述检测模块捕获纸质地图的图像，从所述 图像中检测出标识物之前，预先对所述标识物进行识别训练，建立标 识物模板。

响应模块6，用于在所述显示模块根据所述位置信息及方向信息， 在纸质地图与电子地图结合显示的场景中对所述模型进行显示之后， 响应用户输入的对所述模型进行缩放、平移或旋转操作的控制指令。

本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的装置，通过 对原标识物进行改进，将纸质地图上的图案直接用作标识物的内部图 案，来获得大量互不相同的标识物。与原标识物的固定图案相比，本 发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的装置，其标识物具 有自己的含义，不必用户自己设计标识物图案，使用户的使用更加方 便。

本发明所提供的实现纸质地图与电子地图结合显示的装置的其 他设置与方法相同，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说 明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分 互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现 或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来 说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被 限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新 颖特点相一致的最宽的范围。