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基于XR技术的交互式地质场景模型构建方法研究

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洪韬, 朱月琴, 郭艳军, 焦守涛, 强伟帆, 高振记. 2023. 基于XR技术的交互式地质场景模型构建方法研究. 地质通报, 42(2-3): 469-478. doi: 10.12097/j.issn.1671-2552.2023.2-3.024
引用本文: 洪韬, 朱月琴, 郭艳军, 焦守涛, 强伟帆, 高振记. 2023. 基于XR技术的交互式地质场景模型构建方法研究. 地质通报, 42(2-3): 469-478. doi: 10.12097/j.issn.1671-2552.2023.2-3.024
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HONG Tao, ZHU Yueqin, GUO Yanjun, JIAO Shoutao, QIANG Weifan, GAO Zhenji. 2023. The construction method of interactive geological scene model based on XR technology. Geological Bulletin of China, 42(2-3): 469-478. doi: 10.12097/j.issn.1671-2552.2023.2-3.024
Citation: HONG Tao, ZHU Yueqin, GUO Yanjun, JIAO Shoutao, QIANG Weifan, GAO Zhenji. 2023. The construction method of interactive geological scene model based on XR technology. Geological Bulletin of China, 42(2-3): 469-478. doi: 10.12097/j.issn.1671-2552.2023.2-3.024
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基于XR技术的交互式地质场景模型构建方法研究

  • 1.

    中国核电工程有限公司，北京 100840

  • 2.

    北京大学地球科学国家级虚拟仿真实验教学中心，北京 100871

  • 3.

    自然资源部地质信息工程技术创新中心，北京 100037

  • 4.

    中国地质调查局发展研究中心，北京 100037

  • 5.

    应急管理部国家自然灾害防治研究院，北京 100085

  • 6.

    北京大学地球与空间科学学院，北京 100871

  • 基金项目:
    国家自然科学基金项目《大数据环境下的滑坡危险性评估模型构建方法研究》(批准号：41872253)
详细信息
    作者简介: 洪韬(1995-)，男，硕士，工业设计工程专业。E-mail: hmonkey@pku.edu.cn
    通讯作者: 朱月琴(1975-)，女，博士，正高级工程师，从事大数据与人工智能在自然灾害、城市安全方面的应用与研究。E－mail: yueqinzhu@163.com

  • 中图分类号: TP391.9;P5

The construction method of interactive geological scene model based on XR technology

  • 1.

    China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Beijing 100840, China

  • 2.

    National Virtual Simulation Experiment Teaching Center of Earth Science, Peking University, Beijing 100871, China

  • 3.

    Geological Information Technology Innovation Center, MNR, Beijing 100037, China

  • 4.

    Development and Research Center, China Geological Survey, Beijing 100037, China

  • 5.

    National Institute of Natural Hazards, Ministry of Emergency Management of the People's Republic of China, Beijing 100085, China

  • 6.

    School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China

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    摘要

  • 扩展现实技术(XR)是虚拟现实(VR)、混合现实(MR)和增强现实(AR)技术的总称。随着计算机硬件和软件的发展，这些技术逐渐走入大众视野，被应用到各大领域。在地学中，XR技术能够让抽象概念更直观动态地展示出来，对地质数据可视化、地理信息交互、地学教育有非常好的促进作用。本文介绍了这些技术的基本概念、技术手段及在地学中的应用，为地学中使用XR技术提供技术认知，提出了可在XR技术中使用的交互方案，并选用了江苏丹阳第四系地质模型在XR里各自制作了测试场景。从地学工作者视角对IdeaVR、Unity 3D和UnrealEngine 4三款引擎进行对比，列举其各自优势，展示3种技术平台的制作过程、交互方式、展示效果及使用场景，并就地质模型导入通用引擎可能遇到的难点问题提出解决方案。

    The Extended Reality Technology (XR) includes Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR), and Mixed Reality (MR).With the development of computer hardware and software, these technologies have gradually entered the public view and have been applied to various fields.XR technology can make abstract concepts more intuitively and dynamically in geoscience, which can promote geological data visualization, geographic information interaction and geoscience education.This paper introduces the basic concepts and technical means of these technologies, as well as the current situation of the development of Extended Reality Technology in the geoscience, and advanced several interaction patterns in extended reality technology.Besides, in this paper we choose Danyang Quaternary System model to build three demos in each VR, AR and MR devices with each 3 3D-Engines: IdeaVR, Unity 3D and UnrealEngine, explore the characteristics, advantages and disadvantages of the three technology platforms, and summarize the practical methods suitable for geoscience display.This paper also proposes solutions to the problems that may occur when geological data are imported into a 3D engine.

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  • 图 1  常见的VR(a，HTC VIVE PRO)、AR(b，智能手机)和MR设备(c，微软HoloLens 1代)

    Figure 1. 

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    图 2  2020年苹果公司透露的AR(MR)眼镜概念图

    Figure 2. 

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    图 3  用户与计算机虚拟世界交互

    Figure 3. 

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    图 4  模型的减面优化

    Figure 4. 

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    图 5  VR场景(左)和VR内效果(右)

    Figure 5. 

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    图 6  特征标记和AR效果

    Figure 6. 

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    图 7  HoloLens制作及画面效果

    Figure 7. 

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    表 1  VR/MR/AR对比

    Table 1.  Comparison among VR/MR/AR

    虚拟现实(VR) 混合现实(MR) 增强现实(AR)
    硬件发展时间 20世纪中叶 21世纪初 20世纪末
    常见硬件载体 高性能计算机 高性能计算机或MR一体机 高性能计算机或移动手机
    常见显示设备 VR眼镜(HMD头盔) MR眼镜、全息投影 传统设备显示器
    常见辅助交互设备 手柄、定位光塔、动捕设备 手部捕捉 可以不需要
    画面主要特点 完全虚拟世界 现实世界光线上直接叠加显示虚拟世界 摄像头捕捉的现实世界画面上叠加显示虚拟世界
    目前主要优点 沉浸感强、硬件设备较为齐全、开发应用较多、技术相对成熟 基于现实世界、能够不受空间限制、眩晕感低、未来发展前景广阔 硬件平民化、方便携带使用、不受空间限制
    目前主要缺点 便携性相对弱、使用受空间限制、会有眩晕感 技术发展较晚相对不成熟、可视角度和对比度较低、交互不稳定、价格昂贵 沉浸感代入感较弱、场景光线渲染能力发展落后、画面效果较差、定位不稳定
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    ①

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出版历程
收稿日期:  2021-04-02
修回日期:  2021-08-04
刊出日期:  2023-03-15

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