手持設備上的增強現(xiàn)實技術(shù)研究.pdf

1、增強現(xiàn)實是虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的一個前沿研究分支。增強現(xiàn)實通過三維圖形技術(shù)和視覺跟蹤技術(shù),將虛擬物體與現(xiàn)實景象相結(jié)合,使得三維虛擬圖形與現(xiàn)實的周遭環(huán)境從視覺上完美地融合在一起,來達到增強現(xiàn)實環(huán)境的效果,人們可以通過增強現(xiàn)實來與虛擬物體產(chǎn)生互動。由于增強現(xiàn)實系統(tǒng)具有虛實結(jié)合與實時交互的特點,在醫(yī)療研究、教育培訓、工業(yè)設計、國防建設、市政規(guī)劃、文物保護、文化娛樂等許多領(lǐng)域具有十分廣泛的應用前景。另一方面,隨著技術(shù)的不斷進步,個人計算機有體積越來越小

2、而功能越來越強的發(fā)展趨勢,手機和PDA等手持設備作為提供個人計算能力的一種移動平臺,可以與增強現(xiàn)實密切結(jié)合,帶來新的數(shù)字媒體技術(shù)與應用,因此本課題具有重要的研究意義和價值。本文研究和實現(xiàn)了在帶攝像頭的手持設備上實現(xiàn)增強現(xiàn)實系統(tǒng)的技術(shù),可將三維的圖形實時地疊加到手機相機所捕捉到的圖像之上。論文主要論及以下幾方面工作:(1)增強現(xiàn)實跟蹤標志物的研究與設計:通過手機上的攝像頭可以獲得物理環(huán)境中的視頻,但如何進一步建立物理環(huán)境中指定物體與指定虛

3、擬內(nèi)容的映射關(guān)系是一個關(guān)鍵問題。作者研究與分析了PC平臺和手機平臺上的相關(guān)工作,引入了一種可視標志碼到基于手機的增強現(xiàn)實系統(tǒng)中,用作增強現(xiàn)實的跟蹤標志物,建立起手機計算環(huán)境與物理環(huán)境之間的一種虛實信息聯(lián)系通道,可以支持2D-2D的增強現(xiàn)實應用,并提出一種新型的彩色可視標志碼,進一步提高了跟蹤標志物的編碼容量,支持手機與物理環(huán)境之間交換更多數(shù)字信息。(2)手機上增強現(xiàn)實的跟蹤算法研究:為代替?zhèn)鹘y(tǒng)增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的非編碼性的跟蹤標志物,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志碼,進一步設計與實現(xiàn)了三維增強現(xiàn)實算法,包括標志碼搜索、標志碼匹配識別、標志碼跟蹤等步驟,通過與傳統(tǒng)增強現(xiàn)實系統(tǒng)中所采用的標志物相比,本文算法提高了搜索效率、匹配識別準確性和跟蹤穩(wěn)定性,更適合于手持計算平臺上圖像分辨率和計算能力相對較低的情況。(3)手機上三維圖形的繪制與增強現(xiàn)實合成:研究了在手機上的多種不同三維圖形顯示接口,并根據(jù)手機增強現(xiàn)實的實時需要,采用合適的手機三

5、維圖形平臺,結(jié)合所設計實現(xiàn)的三維增強現(xiàn)實算法,實現(xiàn)了三維圖形與物理環(huán)境的增強現(xiàn)實合成。(4)手機上的增強現(xiàn)實的實驗與應用設計:基于本文所提出的增強現(xiàn)實算法,對跟蹤速度、準確率、編碼容量等指標進行實驗,并對實驗結(jié)果進行分析評估。進一步研究設計了相應的增強現(xiàn)實應用。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;第二章介紹增強現(xiàn)實基本原理;第三章提出了本文設計的彩色標志碼;第四章主要描述本文提出的增強現(xiàn)實跟蹤算法,第五章研究分析了手機