一种磁场可视化及交互方法

摘要

一种磁场可视化及交互方法，该方法主要包括磁感线建模，体感捕获和合成渲染；使用三维建模工具和图形引擎构建磁铁和磁感线模型，并实时计算磁铁周围磁场变化；将构建好的模型移植到Kinect环境中调试，调整交互方式和坐标系系统；利用Kinect自带的普通摄像头捕获真实图像，将磁感线模型与捕获到的图像实时渲染得到合成的交互式场景。利用Kinect自带的红外摄像头，捕获用户与设备的距离，实现对模型的交互控制。本发明应用于中学物理教学，设备简单，交互行为自然、方便，学者可随时通过手势移动磁铁，观察磁感线的变化规律，达到较好的教学效果。

主权项

一种磁场可视化及交互方法，其特征在于包括如下步骤：步骤（1）采用三维建模工具和图形引擎，利用毕奥—萨伐尔定律，构建一个含有磁铁和磁感线的模型，即磁铁和磁感线模型，利用鼠标对该模型中的磁铁和磁感线进行移动和旋转的交互操作；步骤（2）将含有磁铁和磁感线的模型移植到Kinect环境中，得到Kinect环境下的虚拟模型，调整交互方式和坐标系系统；具体为：将利用三维建模工具和图形引擎建立的磁铁和磁感线模型移植到Kinect环境中，并去除原磁铁和磁感线模型中的鼠标事件行为，添加Kinect自然交互的功能，同时调整和修改三维建模工具中的坐标系系统，从而建立Kinect环境下的虚拟模型，此虚拟模型中同样含有磁铁和磁感线，在Kinect环境下，通过自然交互的方式便能实时更新虚拟模型的几何状态；步骤（3）利用Kinect的摄像头，将捕获到的真实图像与磁铁和磁感线模型渲染合成；在合成渲染流程中通过Kinect自带的摄像头实时捕获用户活动的真实场景，计算出Kinect环境下虚拟模型中的磁铁应对应的空间位置和方向，并映射到已建立的虚拟模型中的磁铁和磁感线上，使含有磁铁和磁感线的虚拟模型的位置和方向产生对应的变化，将变化后的虚拟模型与Kinect的摄像头捕获的原始场景实时渲染后得到合成的交互式图像；步骤（4）利用Kinect的红外摄像头，探测用户与设备的距离，控制虚拟模型旋转；根据Kinect的红外摄像头所获取的数据，计算出用户与Kinect设备的相对距离，并映射到磁铁和磁感线模型的空间几何变化上，使虚拟模型的方向发生对应的变化，使用户可通过自己与Kinect设备的远近距离变化来控制虚拟模型的几何变化；步骤（5）用户利用手势移动或旋转虚拟模型中的磁铁模型，观察磁感线随磁铁的变化规律。