一种适用于动物展览馆的5G传输VR交互系统

技术领域

本发明属于虚拟现实和5G传输领域，具体涉及一种适用于动物展览馆的5G传输VR交互系统。

背景技术

随着计算机技术的快速发展，相关计算技术逐渐运用到我们生活的各个方面，在推动经济迅速发展的同时，也在逐渐完善我们生活的方方面面。VR相关览馆正在代表数字文化“新空间”，各地展览馆也在充分运用数字科技，积极打造全方位、立体式的“无边界展览馆”，努力满足公众的精神文化需求，数字化创新可以让展览馆更容易接近和参与。

现阶段，大部分动物展览馆还在采用较为传统的展览模式，运用图像、文字等结合音频的方式向游客展览野生动物的生活状态，此模式存在诸多问题，如：展览方式单一、展览信息不够全面、游客参与度较低等问题，针对这些问题，本发明构建了一种适用于动物展览馆的5G传输VR交互系统。

发明内容

发明目的：本发明提供一种适用于动物展览馆的5G传输VR交互系统，对动物展览馆，动物展览方式加以改进升级，利用无人机实时采集野生动物生活并通过5G网络实时传输至动物展览馆，使游客可以在展览馆中利用VR-3D客户端全方位参观动物生活模式，一步实现展览的直观性、全面性，并有效提高人们在动物展览馆的参与程度。

技术方案：一种适用于动物展览馆的5G传输VR交互系统，包括：

野外动物及生态环境实体模块，所述野外动物及生态环境实体模块由设置在动物及动物保护区的数个传感器组以及数据采集仪组成，所述传感器组将野生动物活动行为数据及其生活环境参数数据采集并传输至数据采集仪；

无人机模块，所述无人机模块由数个具有摄像头的无人机及其附带数据接收器构成，无人机上的摄像头将飞行参数及高清视频实时传输至野外动物及生态环境实体模块的数据采集仪；

5G模块，所述5G模块由展览馆周边的5G电网和基站构成，各模块通过5G电网、基站进行高效传输；

VR-3D客户端模块；所述VR-3D客户端模块由展览馆投影屏幕、影音设备以及VR-3D交互设备构成；

动物展览馆数据处理器模块，所述动物展览馆数据处理器模块由中央处理器，信息采集盒以及高清录像机组成，所述信息采集盒接收来自野生动物及生态环境实体模块的数据和图像，中央处理器将数据将接收的数据和图像进行分析处理转化为音频、3D图像信息，并将处理后的音频、3D图像远景呈现至VR-3D客户端模块，VR-3D交互设备向中央处理器发出指令，中央处理器分析指令通过5G模块对无人机进行控制，用以控制无人机以最优策略飞行。

进一步地，所述传感器组将野外动物的生存环境、交流、路径和捕食活动收集，所述数据采集仪将传感器组和无人机模块采集的信息收集并输送至动物展览馆数据处理器模块的信息采集盒。

进一步地，所述传感器组包括检测野生动物生存环境的光学传感器、湿度传感器、气体传感器、视觉传感器；以及检测野生动物活动的生物型传感器、加速度传感器、压力传感器。

进一步地，所述无人机最优策略为无人机与目标动物距离和飞行时间相结合的最优供给策略，其利用改进后的蝴蝶优化算法MBO控制，主要包括如下步骤：

无人机拍摄路径最优策略，通过算法优化目标函数所得到，目标函数分为无人机与目标动物距离和无人机路径运行最小时间，即为系统最优策略。

故一种适用于动物展览馆的5G传输VR交互系统，目标函数可设置为：

其中，d

步骤一：初始化阶段，在MBO中，假设每只蝴蝶产生一定强度的香味，这些香味会传播并被区域内的其它蝴蝶感知，每只蝴蝶释放出的香味与它的适应度有关，香味是根据刺激的物理强度来表述的，其计算如式(1)所示：

f＝cI

蝴蝶产生的香味涉及到3个参数，分别为感觉因子c，刺激强度I和幂指函数α，刺激强度与蝴蝶(解)，这里表示无人机飞行策略的适应度相关；

步骤二：该算法有两个关键步骤：全局搜索阶段和局部搜索阶段，在全局搜索阶段，蝴蝶将向最优解g

惯性权值w具有一种在[0，1]之间非线性变化的属性，这样可以充分保证算法收敛性，其中X可看作系统各策略带入算法，并求最优策略；

其中，

步骤三：局部搜索可表示为：

其中r为0到1的随机数，

r＝rand(0,1) (4)

有益效果：

1、与传统的动物展览馆系统相比，本发明运用无人机以及VR-3D技术，可将实体野生动物活动环境及行为通过无人机携带摄像头进行拍摄，并实时传输至动物展览馆，可实时展示野生动物活动及生存现状，使得展览信息更加全面，并具有更强的交互性。

2、本发明还通过优化后的算法对无人机飞行参数等策略进行优化，通过VR-3D反馈至动物展览馆的用户需求信息实时对无人机各个方面进行调控，提高展览馆参观人员体验参与程度和满意程度，有效向参观人员传播野生动物等方面的知识。

3、与传统的动物展览馆系统相比，本发明结合5G网络，可实现5G网络对动物展览馆的全覆盖，达到动物展览馆图像信息传输高效的特点。

附图说明：

图1为本发明系统设备结构图；

图2为适用于动物展览馆的5G传输框架图；

图3为加入改进后动物展览馆系统参观人员满意度对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明公开了一种适用于动物展览馆的5G传输VR交互系统，包括：

野外动物及生态环境实体模块，野外动物及生态环境实体模块由设置在动物及动物保护区的数个传感器组以及数据采集仪组成，传感器组将野生动物活动行为数据及其生活环境参数数据采集并传输至数据采集仪；

无人机模块，无人机模块由数个具有摄像头的无人机及其附带数据接收器构成，无人机上的摄像头将飞行参数及高清视频实时传输至野外动物及生态环境实体模块的数据采集仪；

5G模块，5G模块由展览馆周边的5G电网和基站构成，各模块通过5G电网、基站进行高效传输；

VR-3D客户端模块；VR-3D客户端模块由展览馆投影屏幕、影音设备以及VR-3D交互设备构成；

动物展览馆数据处理器模块，动物展览馆数据处理器模块由中央处理器，信息采集盒以及高清录像机组成，信息采集盒接收来自野生动物及生态环境实体模块的数据和图像，中央处理器将数据将接收的数据和图像进行分析处理转化为音频、3D图像信息，并将处理后的音频、3D图像远景呈现至VR-3D客户端模块，VR-3D交互设备向中央处理器发出指令，中央处理器分析指令通过5G模块对无人机进行控制，用以控制无人机以最优策略飞行。

VR-3D交互设备能够经游客输入指令，从而通过中央处理器处理指令控制无人机的飞行路径及高度、速度等相关参数。

本发明适用于动物展览馆，利用无人机和传感器组实时采集野生动物生活数据并通过5G网络实时传输至动物展览馆，使游客可以在展览馆中利用VR-3D客户端全方位参观动物生活模式，一步实现展览的直观性、全面性，并有效提高人们在动物展览馆的参与程度。

传感器组将野外动物的生存环境、交流、路径和捕食活动收集，数据采集仪将传感器组和无人机模块采集的信息收集并输送至动物展览馆数据处理器模块的信息采集盒。

传感器组包括检测野生动物生存环境的光学传感器、湿度传感器、气体传感器、视觉传感器；以及检测野生动物活动的生物型传感器、加速度传感器、压力传感器。

无人机最优策略为无人机与目标动物距离和飞行时间相结合的最优供给策略，其利用改进后的蝴蝶优化算法MBO控制，主要包括如下步骤：

无人机拍摄路径最优策略，通过算法优化目标函数所得到，目标函数分为无人机与目标动物距离和无人机路径运行最小时间，即为系统最优策略；

故一种适用于动物展览馆的5G传输VR交互系统，目标函数可设置为：

其中，d

步骤一：初始化阶段，在MBO中，假设每只蝴蝶产生一定强度的香味，这些香味会传播并被区域内的其它蝴蝶感知，每只蝴蝶释放出的香味与它的适应度有关，香味是根据刺激的物理强度来表述的，其计算如式(1)所示：

f＝cI

蝴蝶产生的香味涉及到3个参数，分别为感觉因子c，刺激强度I和幂指函数α，刺激强度与蝴蝶(解)，这里表示无人机飞行策略的适应度相关；

步骤二：该算法有两个关键步骤：全局搜索阶段和局部搜索阶段，在全局搜索阶段，蝴蝶将向最优解g

惯性权值w具有一种在[0，1]之间非线性变化的属性，这样可以充分保证算法收敛性，其中X可看作系统各策略带入算法，并求最优策略。

其中，

步骤三：局部搜索可表示为：

其中r为0到1的随机数，

r＝rand(0,1) (4)

通过图2所示，基于5G网络的动物展览馆信息传输，通过无人机加装的摄像头对图像进行采集，采集后通过进行前处理，进行分录和编码操作；之后通过5G进行传输，对IP信号进行调度后，分别将信息解码，用于动物展览馆的图像现场制作以及远程制作传输等工作。

通过图3所示，加入动物展览馆的5G传输VR交互系统，参观人员满意度及参与度如图所示，以单一小型展览馆为例。