手持設(shè)備上的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的一個(gè)前沿研究分支。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)通過三維圖形技術(shù)和視覺跟蹤技術(shù),將虛擬物體與現(xiàn)實(shí)景象相結(jié)合,使得三維虛擬圖形與現(xiàn)實(shí)的周遭環(huán)境從視覺上完美地融合在一起,來達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的效果,人們可以通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)來與虛擬物體產(chǎn)生互動(dòng)。由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有虛實(shí)結(jié)合與實(shí)時(shí)交互的特點(diǎn),在醫(yī)療研究、教育培訓(xùn)、工業(yè)設(shè)計(jì)、國防建設(shè)、市政規(guī)劃、文物保護(hù)、文化娛樂等許多領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。另一方面,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,個(gè)人計(jì)算機(jī)有體積越來越小

2、而功能越來越強(qiáng)的發(fā)展趨勢,手機(jī)和PDA等手持設(shè)備作為提供個(gè)人計(jì)算能力的一種移動(dòng)平臺(tái),可以與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)密切結(jié)合,帶來新的數(shù)字媒體技術(shù)與應(yīng)用,因此本課題具有重要的研究意義和價(jià)值。本文研究和實(shí)現(xiàn)了在帶攝像頭的手持設(shè)備上實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的技術(shù),可將三維的圖形實(shí)時(shí)地疊加到手機(jī)相機(jī)所捕捉到的圖像之上。論文主要論及以下幾方面工作:(1)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)跟蹤標(biāo)志物的研究與設(shè)計(jì):通過手機(jī)上的攝像頭可以獲得物理環(huán)境中的視頻,但如何進(jìn)一步建立物理環(huán)境中指定物體與指定虛

3、擬內(nèi)容的映射關(guān)系是一個(gè)關(guān)鍵問題。作者研究與分析了PC平臺(tái)和手機(jī)平臺(tái)上的相關(guān)工作,引入了一種可視標(biāo)志碼到基于手機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,用作增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的跟蹤標(biāo)志物,建立起手機(jī)計(jì)算環(huán)境與物理環(huán)境之間的一種虛實(shí)信息聯(lián)系通道,可以支持2D-2D的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用,并提出一種新型的彩色可視標(biāo)志碼,進(jìn)一步提高了跟蹤標(biāo)志物的編碼容量,支持手機(jī)與物理環(huán)境之間交換更多數(shù)字信息。(2)手機(jī)上增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的跟蹤算法研究:為代替?zhèn)鹘y(tǒng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的非編碼性的跟蹤標(biāo)志物,建立虛

4、擬內(nèi)容與物理環(huán)境的三維空間融合效果,作者基于本文提出的彩色可視標(biāo)志碼,進(jìn)一步設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了三維增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)算法,包括標(biāo)志碼搜索、標(biāo)志碼匹配識(shí)別、標(biāo)志碼跟蹤等步驟,通過與傳統(tǒng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中所采用的標(biāo)志物相比,本文算法提高了搜索效率、匹配識(shí)別準(zhǔn)確性和跟蹤穩(wěn)定性,更適合于手持計(jì)算平臺(tái)上圖像分辨率和計(jì)算能力相對(duì)較低的情況。(3)手機(jī)上三維圖形的繪制與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)合成:研究了在手機(jī)上的多種不同三維圖形顯示接口,并根據(jù)手機(jī)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的實(shí)時(shí)需要,采用合適的手機(jī)三

5、維圖形平臺(tái),結(jié)合所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的三維增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)算法,實(shí)現(xiàn)了三維圖形與物理環(huán)境的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)合成。(4)手機(jī)上的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用設(shè)計(jì):基于本文所提出的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)算法,對(duì)跟蹤速度、準(zhǔn)確率、編碼容量等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)估。進(jìn)一步研究設(shè)計(jì)了相應(yīng)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。論文組織結(jié)構(gòu)如下:第一章主要闡述了課題研究背景與意義;第二章介紹增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)基本原理;第三章提出了本文設(shè)計(jì)的彩色標(biāo)志碼;第四章主要描述本文提出的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)跟蹤算法,第五章研究分析了手機(jī)