移动增强现实系统的关键技术研究

针对传统的增强现实系统在使用范围和可操作性等方面的局限性,首先介绍了一种基于移动便携设备的户外移动增强现实系统,并且分析了其主要的关键技术,然后重点阐述了该系统的体系构架和用于移动便携设备的3维图像渲染技术,通过北京圆明园部分场景的增强现实的实验结果表明,该移动增强现实系统不仅具有较强的实用性和可行性,并且还显示该移动增强现实技术具有广泛的应用前景和巨大的商业价值。     

结合DBSCAN与PTAM算法的室内家居无标记增强现实系统

传统增强现实技术虽然在跟踪注册技术、虚实融合技术、实时交互等核心技术都有了长足的进步,但是仍没有完全摆脱增强现实中用以确定虚拟物体注册坐标的定标物,定标物存在需要预先摆放以及遮挡等方面的问题。为了解决此类问题,对增强现实现状进行调研后提出一种结合DBSCAN与PTAM的无标记增强现实系统,利用DBSCAN密度聚类算法将室内特征点进行分类筛选,利用筛选后的特征点建立显示平面,摆脱定标物的限制;利用PTAM算法对虚拟物体进行实时跟踪注册,并应用于室内家居规划。实验证明,该算法能够使等比家具模型在室内特征点较为丰富的地方进行精确定位显示并且随着镜头移动完成实时追踪。     

移动增强现实框架系统

在已有的移动增强现实( MAR)系统中存在开发困难,虚拟现实( AR)效果观察缺乏通用性的问题,提出了一种MAR系统的通用框架,该框架包括三个部分：为智能移动设备用户所使用的通用MAR观察器、为MAR应用提供网络服务的MAR服务器,以及为开发人员提供了MAR应用定制器。该框架结合高通的Vuforia SDK针对平面图像实现了MAR的应用定制和通用AR效果浏览。框架为开发人员提供了无代码开发功能,为移动用户提供了遍览一类AR应用的通用观察器。实验结果表明该MAR框架系统降低了MAR应用的开发门槛与时间费用,大大提高了开发效率。     

基于移动增强现实的实时软阴影绘制算法

由于移动设备的计算能力和存储空间有限,基于移动终端的光照估计和实时软阴影绘制技术和研究很少,提出一种适用于移动增强现实的实时软阴影绘制算法。根据移动终端光线传感器的数值来计算光源的方向,得到模拟的点光源,在该点光源附近均匀采样得到多个虚拟光源,叠加每个虚拟光源产生的阴影效果,实时绘制出软阴影。实验结果表明,在保证移动终端良好的虚实融合效果的情况下,采用该算法具有良好的实时性,为移动终端软阴影的绘制提供了有效的解决方法。     

移动设备增强现实技术与书本交互的应用

当下移动设备硬件性能的进步和发展,为增强现实技术提供了新的扩展领域,在移动设备上实现增强现实技术。移动设备上的增强现实技术可以更加方便,直观,自然地将信息传递给用户,并且可以通过多种呈现方式给用户呈现额外的信息。移动设备与书本的交互过程中,用户只需将移动设备的摄像头对准书本中预设的一张图片,或是一个二维码,移动设备就会将对应的附加信息叠加到当前屏幕显示的内容之上。数字内容和周围现实环境的结合给用户带来了另一种交互方式。移动设备可以从互联网上获取附加信息,庞大的网络数据可以为书本带来无限的附加内容。     

基于移动增强现实技术的纪念馆互动系统设计

移动增强现实(MAR)技术是人机交互技术发展的一个全新方向,它是将虚拟和现实结合的体现,具有实时互动的特性,解决了传统展览方式的单一性以及游客跟展品之间缺乏互动性的问题.本文以开发增强现实在纪念馆导览系统中的应用为载体,建立纪念馆MAR展品互动展示系统,将展品以多种形式展现给游客,探索新型的纪念馆导览方式.     

二维码在移动增强现实中的应用研究

针对目前移动增强现实应用中仅能对少量目标、而不能满足移动用户对大量目标识别和跟踪要求的问题,提出一种基于二维码的新型移动增强现实系统.利用二维码海量内容编码技术和快速定位技术实现了对大量目标的识别,采用关键帧和预估第4对匹配点的方法实现对场景的快速跟踪,再通过手机端的SQLite数据容器存储3D模型实现了本地渲染,减少了从服务器下载3D模型的时延和对无线网络带宽的占用.实验结果表明,文中系统能对大量目标进行有效地识别和快速跟踪,且不依赖服务器实现虚实场景的融合显示.     

基于Android平台的移动增强现实的应用与研究

随着智能手机软硬件技术的不断革新,配置有GPS导航、电子罗盘、加速度计等功能模块的智能手机已成为增强现实技术的理想平台。与传统的移动增强现实系统采用基于机器视觉的注册方法不同,提出一种采用多传感器的注册方法,并设计了一个基于Android平台的传感器式移动增强现实系统。该系统不仅具有用户导航功能,还具有地图定位功能。在户外环境的测试结果表明,该系统将虚拟信息与真实环境进行很好的融合,具有较高的用户体验性和较强的实用性。     

移动增强现实可视化综述

增强现实在过去几年中得到了长足的发展,尤其是移动智能设备的普及使其有了重大的突破.增强现实作为一种新的人机交互技术,可以更直观地展示现实场景中的物理对象和数据信息,越来越多的研究者开始探索如何将数据可视化与增强现实结合.文中将系统地介绍移动增强现实技术的发展现状和目前增强现实在数据可视化中应用所取得的成果.通过分析不同案例来讨论增强现实在数据可视化中应用的可行性;最后,总结了目前数据可视化和增强现实结合所面临的挑战以及未来的研究方向和机遇.     

基于移动平台的增强现实研究

对移动增强现实技术的研究现状和进展进行了较为全面地总结。首先,梳理了移动增强现实技术的研究之路,归纳并分析了国内外的研究机构、研究特点以及相关资源。其次,详细地阐述了该领域所涉及的理论与技术,对当前研究热点领域进行了概括、分类和对比。最后,讨论了该领域研究中存在的重、难点问题,并对未来的发展进行了展望。     

面向电网变电站的视觉三维重建及语义分割技术研究

将电网生产场景的三维数字化重建呈现,是提升物理电网可观可测能力的重要基础。传统采用激光雷达的三维重建存在采集工作耗时耗力问题,不适合大规模大面积的变电站三维重建。本文采用单/多目摄像头采集方式通过视觉三维重建技术构建变电站三维数字化模型,同时基于视觉三维重建结果开展变电站三维语义分割算法研究和增强现实AR智能巡检场景验证。通过定性和定量的实验分析,结果表明针对变电站基于视觉三维重建及语义级分割取得理想的效果,具有模型精度高、语义级分割准确率高,并成功验证了变电站AR智能巡检作业,为后续变电站数字化三维建设验证了技术可行性,对数字电网提升感知和决策具有重要意义。     

基于心智模型的虚拟现实与增强现实混合式移动导览系统的用户体验设计

在当前的人机交互领域,移动平台上增强现实技术的应用越来越广泛.然而由于对认知心理学在增强现实领域重要作用的忽视和互动信息展示形式的匮乏,导致此类软件的用户体验欠佳.该文提出了一套基于心智模型的虚拟现实与增强现实混合式移动导览系统.在遵循以用户为中心的设计原则下,结合微观和宏观心智模型理论分析用户的需求,通过反复的可用性测试对交互界面进行迭代设计,使得系统界面的交互体验不断趋近用户的心理预期.此外,通过虚拟现实和增强现实两个空间的自由切换,用户可以获得两种截然不同的互动体验.这种新颖的交互模式丰富了互动内容的展现方式.实验结果表明,基于该交互模式的移动导览系统调动了用户主动进行交互的积极性,提高了人机交互的易用性和时效性.     

Metadata requirements for digital museum environments

We describe a system which addresses all the processes involved in digitally acquiring, modelling, storing, manipulating and creating virtual exhibitions from 3D museum artefacts. More specifically, we examine the significance of metadata in enabling and supporting all of these processes and describe the extensive facilities provided for authoring, maintaining and managing metadata. The development of the system has been heavily influenced by factors relating to interoperability, standards, museum best practice and feedback from two museum pilot sites. Finally, we briefly consider the system in the wider context of applications such as virtual learning environments and distributed repositories of archives.     

移动增强现实中视觉三维注册方法的实现

为了提高移动增强现实注册技术的性能,采用了一种基于计算机视觉的注册算法。该方法利用ARToolkit中的标识检测法查找相关的标识和特征点,然后基于视觉三维注册算法得到模型视图矩阵,最后在相应位置绘制虚拟物体。实验结果表明这种注册方法在实时性、稳定性、抗遮挡性方面效果良好,满足移动增强现实系统高精度三维注册的要求。     

一种增强现实分场景推送情景感知服务的方法

针对目前增强现实浏览器中由于标签使用不当阻碍用户认知操作的问题,提出了一种分场景推送情景感知服务的方法.该方法根据用户寻找兴趣点并检索内容的认知流程划分场景,采用情景感知四层服务框架分别创建了3个场景的功能模块,通过关联3个场景模块,构建了完整的移动增强现实浏览器系统.实验结果表明,与同类浏览器相比,基于上述方法设计的增强现实浏览器系统在分类准确度上平均提高了13%,用户对系统预测效果的平均满意度提高了26%.     

增强现实三维注册中标识点匹配算法研究与改进

基于标识点的增强现实系统中,计算机生成的虚拟物体需要正确地注册到相应的标识点上构成对现实环境的增强.针对增强现实三维注册过程中传统算法标识点匹配过程中误识率较高,匹配不够精确的不足,提出了将相对误差法进行改进实现增强现实中的三维注册,同时提出了将基于颜色直方图的图像匹配原理引入增强现实的三维注册过程中,通过实验验证与分析,改进后的匹配算法与传统算法相比减少了标识的误识率,提高了注册精度,已成功应用于增强现实系统的三维注册过程中.     

基于长序列图像的三维重建技术研究*

提出一种基于长序列未定标图像的三维重建方法,并将其成功地应用于增强现实实例中.首先,基于传统KLT跟踪算法提出了一种针对序列图像的改进特征点匹配策略,通过特征点运动向量的预测减小了相应特征点的搜索范围,进一步根据相近特征点邻域窗口在透视畸变上的相似性大大提高了匹配算法的效率;在得到序列图像的匹配结果后,将传统基于仿射成像模型的测量矩阵(Measurement Matrix)保秩分解算法扩展到透视成像模型中,从而一次性得到整个场景的射影重建;进一步在摄像机自定标的基础上得到整个场景的三维欧氏模型和摄像机的成像矩阵.最后给出真实图像序列的三维重建实验结果,并成功地将其应用到增强现实实例中.     

基于多视频的虚实融合系统

提出了一种基于多视频的虚实融合可视化系统的构建方法,旨在将真实世界中的图像和视频融合到虚拟场景中,用视频图像中的纹理和动态信息去丰富虚拟场景,提高虚拟环境的真实性,得到一种增强的虚拟环境.利用无人机采集图像来重建虚拟场景,并借助图像特征点的匹配来实现视频图像的注册.然后利用投影纹理映射技术,将图像投影到虚拟场景中.视频中的动态物体由于在虚拟环境中缺失对应的三维模型,直接投影,当视点发生变化时会产生畸变.首先检测和追踪这些物体,然后尝试使用多种显示方式来解决畸变问题.此外,系统还考虑有重叠区域的多视频之间的融合.实验结果表明,所构造的虚实融合环境是十分有益的.     

基于单目RGB数据的三维模板物体跟踪算法综述

文中介绍了三维物体跟踪技术及其最新研究进展,包括理论基础与评估指标、基于视觉特征的传统位姿求解和基于学习的位姿估计.分析了传统算法中各种特征约束、统计分割模型、能量函数以及加速策略.其中,区域及边缘约束成为跟踪的主流方向,多种特征可以融合产生更强的约束.统计分割模型由全局模型逐步发展为局部模型.非线性最小二乘形式的能量函数易于优化而被广泛采用.预计算、预渲染的加速策略使得跟踪的实时性极大提高.基于学习的算法现阶段在精度和速度上不及传统算法,但展现了更好的特征提取能力和处理更复杂场景的潜力.梳理了多种算法的跟踪精度及取得高精度的原因.总结了三维物体跟踪在复杂情境下跟踪精度下降和失败的问题,及其潜在的解决方案与发展方向.三维物体跟踪正朝向多特征融合、预计算、多任务的方向发展.