基于標識的增強現(xiàn)實系統(tǒng)的研究.pdf

1、增強現(xiàn)實(Augmented Reality，簡稱AR)是虛擬現(xiàn)實與真實環(huán)境相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用已知的真實環(huán)境中的信息進行三維注冊，然后將計算機生成的虛擬信息融合到真實的環(huán)境中，用顯示設(shè)備將虛實融合后的效果顯示出來，以達到加深用戶對真實世界的認識的目的。增強現(xiàn)實技術(shù)擁有廣泛的應(yīng)用前景，而且目前已有相當多的用戶擁有PC機以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭，這已滿足桌面AR系統(tǒng)的基本要求。而基于標識的跟蹤技術(shù)注冊精度較高，不需要復(fù)雜的硬件跟蹤設(shè)備，同時標識物的

2、獲取極為容易。因此基于標識的AR系統(tǒng)研究就具備了一定的現(xiàn)實意義。
　　 本文的研究目標是實現(xiàn)一個基于標識的增強現(xiàn)實系統(tǒng)。根據(jù)基于標識的AR系統(tǒng)的特點，本文利用ARToolKit、OpenCV等開源軟件庫進行基于標識的增強現(xiàn)實系統(tǒng)的二次開發(fā)，使用ARToolKit標記作為本文實驗的標記塊，利用手指交互作為本文AR系統(tǒng)的交互手段。具體包括以下三方面的工作：
　　 1．通過對增強現(xiàn)實的概念、主要應(yīng)用、研究現(xiàn)狀的研究，總結(jié)了增強

3、現(xiàn)實中的三個關(guān)鍵技術(shù)，分析了各種技術(shù)的優(yōu)缺點。并且指出基于標識的跟蹤注冊技術(shù)具備標識識別率高，攜帶性強，系統(tǒng)實時性強，適合目前的AR應(yīng)用開發(fā)。
　　 2．介紹了基于標識的跟蹤注冊技術(shù)的主要原理以及目前四種較為常用的AR標記系統(tǒng)。本文選擇了ARToolKit作為基于標識增強現(xiàn)實系統(tǒng)的主要研究對象。介紹了ARToolKit開發(fā)庫的特點、體系結(jié)構(gòu)以及主要模塊，并深入研究其注冊模塊，包括標記物的識別以及各個坐標系的矩陣轉(zhuǎn)換。針對ARTo

4、olKit注冊模塊中的缺陷——容易產(chǎn)生位姿歧義(pose ambiguity)的現(xiàn)象，結(jié)合Gerald Schweighofer提出的位姿估計算法以及快速全局位姿估計算法，對ARToolKit注冊模塊進行了改進。實驗結(jié)果表明，改進后的ARToolKit模塊有效的降低了位姿歧義的現(xiàn)象，增強了注冊的魯棒性。
　　 3．開發(fā)了一款簡單的基于標識的手指交互系統(tǒng)。使用ARToolKit標記作為該系統(tǒng)跟蹤注冊的標記塊，并且利用ARToolK