增強現(xiàn)實沙盒實現(xiàn)及地形重建技術(shù)研究.pdf

1、近些年，增強現(xiàn)實技術(shù)作為一個引人注目的新興技術(shù)，已逐漸被應用于教育領(lǐng)域。增強現(xiàn)實所帶來的動態(tài)交互式體驗教育，增強了教育的互動性與參與性，起到了寓教于樂的作用。2014年，在美國國家科學基金會的資助下，加州大學戴維斯分校開發(fā)增強現(xiàn)實沙盒(Augmented Reality Sandbox)，以發(fā)展地球和流域科學教育。
　　本文中構(gòu)建的增強現(xiàn)實沙盒是一個實時的增強現(xiàn)實交互系統(tǒng)，人們可利用真實的沙子在沙盒中建造三維地形，系統(tǒng)利用微軟Ki

2、nect傳感器實時讀取此三維地形的高度數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)傳給計算機，計算機處理此數(shù)據(jù)生成海拔彩色圖、等高線及模擬的水流等彩色圖像，通過投影儀將這些圖像投影在真實的沙盒之上，便于向?qū)W生教授相關(guān)的地理、地質(zhì)及水文概念，如等高線的意義，流域及分水嶺知識等。
　　此增強現(xiàn)實沙盒目前僅以教育為目的被應用在一些歐美發(fā)達國家的博物館和科技館中的互動體驗式展覽區(qū)，因此本課題以增強現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，搭建增強現(xiàn)實沙盒系統(tǒng)，并利用增強現(xiàn)實沙盒中的Kinec

3、t對沙盒地形進行三維重建，以此作為一個切入點，為后期開發(fā)相關(guān)的軍事應用，如沙盒推演，全局路徑規(guī)劃，軍事態(tài)勢分析及可視化戰(zhàn)場指揮等做鋪墊。本課題創(chuàng)新點在于，針對增強現(xiàn)實沙盒場景，提出了一種Kinect三維重建方法，其可自動裁剪掉Kinect視野中沙盒的邊緣，并在Matlab中精確完整地重建沙盒地形。
　　本文從下述方面展開了研究:
　　(1)分析增強現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域、互動展示、軍事領(lǐng)域方面的應用現(xiàn)狀，以及地形三維重建技術(shù)在重

4、建工具和接觸情況分類下的研究現(xiàn)狀，為增強現(xiàn)實系統(tǒng)及地形重建關(guān)鍵技術(shù)及理論的研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)對增強現(xiàn)實技術(shù)及深度傳感工具做基礎(chǔ)分析，為增強現(xiàn)實系統(tǒng)的實現(xiàn)及地形重建技術(shù)研究奠定理論和應用基礎(chǔ)。
　　(3)從增強現(xiàn)實沙盒系統(tǒng)的目標出發(fā)，設(shè)計系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，分析軟件處理過程，給出系統(tǒng)的校準方法，講解系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理，說明系統(tǒng)當前分布情況，并進行調(diào)研做出系統(tǒng)用戶體驗評估。
　　(4)根據(jù)三維重建的基本要求和對沙盒地形重