增强现实系统光照模型建立研究

增强现实系统真实环境整体光照模型的建立，是增强现实技术研究的重要部分。提出了一种新的方法，根据注册图像中标志物的明暗状况。利用计算机图形学的光照明模型计算方法进行逆推，可以较为方便地建立增强现实系统光照模型。算法简单易行，并且适应性较强。     

基于物体识别的增强现实系统

基于物体识别的增强现实系统由于现有的识别技术无法满足交互需求,对平面物体识别算法进行针对性改进。首先采用FAST提取目标物体的关键点;其次使用随机Ferns分类器对关键点进行离线训练;识别阶段采用随机抽样一致性算法,得到物体在实时帧中的位置与姿态。主要有两点优化:特征检测阶段,基于大尺度关键点鲁棒性更强的原理,对关键点进行加权筛选;识别阶段,改进后的ARANSAC拟合算法将初始随机集合中的内点比例增大,提高拟合的性能。算法较之基线算法,在各方面性能都得到极大提升,已满足增强现实系统的实时性、可靠性要求。     

一种新型的交互式增强现实系统

增强现实是随着虚拟现实技术的发展而衍生小来的。它抒计算机产生的虚拟物体合成到真实环境当中。本文采用ARToolKit系统作为开发环境,Open Dynamic Engille（ODE）为动力学引擎以及利用Open Scene Graph（OSG）图形引擎开发包,将增强现实技术与碰撞检测技术相结合实现了一种新型的交互式增强现实系统。     

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。     

户外增强现实系统的关键技术研究

增强现实技术,特别是户外增强系统,近年来已经成为一大研究热点。论文研究了增强现实中的主要技术,分析了户外增强现实系统的关键技术,就听觉增强方面的未来发展等提出了自己的见解。     

增强现实系统及其关键技术研究

首先概要介绍了增强现实技术的概念、相关特性,指出了视觉一致性是增强现实系统最需要解决的问题;接着给出了增强现实系统的总体结构,概略介绍了各组成部分的功能以及对应的关键技术;然后在此基础上论述了关键技术中的显示技术和跟踪注册技术,并以跟踪注册为重点介绍了的增强现实系统基于跟踪器的方法、视觉跟踪方法和复合跟踪法等多种方案,并分析了不同方法不同实现的特性和应用场合,最后对增强现实的当前应用和未来趋势做出了概要总结.     

基于增强现实技术的三维交互建模

为简化现有CAD界面的专业性和复杂性,采用增强现实技术将二维设计操作移植到三维环境中,通过摄像机、交互工具与基准标记之间的相互变换关系寻找空间位置点在世界坐标系中的坐标表示方法,实现三维交互建模。实验结果表明,该方法具有较好的稳定性和可用性,且能满足空间交互建模的要求。     

增强现实光照方向估计方法评述与展望

光照一致性是增强现实中实现虚实融合的重要方面,实时地估计出户外场景中的光照方向,对实现户外场景光照一致性和增强真实感具有重要意义.针对光照方向估计问题,首先归纳了户外场景光照方向估计的特点,把现有的光照方向估计方法分为借助光测球等特殊标定物的估算方法、立体视觉法和人工智能法3类方法.然后总结了各类方法的基本原理和有代表性的研究工作,并且比较了各类方法的优缺点和适用范围.最后,根据实际应用中存在的问题和挑战,展望了户外增强现实系统光照方向估计的研究方向.     

增强现实环境下的人手自然交互

为了实现增强现实环境下的自然人手3D交互,提出一套针对不佩戴任何标记的人手的3D交互算法.该算法经过区域检测跟踪、特征点提取和3D稀疏结构重建等步骤获取人手的3D结构;在此基础上提出基于指尖、指向和手掌平面的人手3D交互模式;将从真实世界提取的3D交互信息对齐到虚拟世界,融合渲染并触发交互,实现自然人手3D交互.实验结果表明,该算法具有较高的沉浸感、精确度和易用性.     

基于动态Light Map的增强现实光照算法

为实现增强现实系统中光照的实时准确性,提出一种基于动态Light Map的快速光照算法。该方法通过采集视频图像中校准物体的像素亮度,计算出摄像机的信号放大量和信号偏置,并利用动态更新的Light Map所记录的环境光照信息实现虚、实场景之间的一致光照,且能够适应光照变化的场景。实验结果表明该算法的显示速度能够达到实时交互的帧率。     

一种基于视沉的增强现实三维注册算法

为了提高增强现实系统三维注册的精度和效率，提出了一种基于计算机视觉的增强现实三维注射算法，并已将其用于采用透射式头盔显示器的增强现实系统中，该算法有如下特点：（1）构架简单，实用性强，一般情况下只需4个平面标志物就可实现三维注册；（2）工作范围大，甚至可以应用到室外的增强现实系统中；（30数值求解过程最线性过程，误差小，可以满足增强现实系统高精度三维注册的要求，另外，应用这种算法所需要作的图象处理计算量很小，其典型系统包括一个彩色CCD和几个不同颜色的标志点，由于很容易获得标志点的对应像面位置，而且不需要计算图象对，因此实时性好，是一般图形工作站和PC机上的增强现实系统进行实时注册的算法基础。     

MagicMeeting: A Collaborative Tangible Augmented Reality System

We describe an augmented reality (AR) system that allows multiple participants to interact with 2D and 3D data using tangible user interfaces. The system features face-to-face communication, collaborative viewing and manipulation of 3D models, and seamless access to 2D desktop applications within the shared 3D space. All virtual content, including 3D models and 2D desktop windows, is attached to tracked physical objects in order to leverage the efficiencies of natural two-handed manipulation. The presence of 2D desktop space within 3D facilitates data exchange between the two realms, enables control of 3D information by 2D applications, and generally increases productivity by providing access to familiar tools. We present a general concept for a collaborative tangible AR system, including a comprehensive set of interaction techniques, a distributed hardware setup, and a component-based software architecture that can be flexibly configured using XML. We show the validity of our concept with an implementation of an application scenario from the automotive industry.     

基于ARToolKit的地下管网增强现实系统研究

增强现实是把计算机生成的虚拟图像或其它信息叠加到用户所看到的真实世界中的一种技术,是虚拟现实领域的一个难点热点。ARToolKit为增强现实技术的应用提供了一种方便快捷的开发工具,但其不足之处在于它是基于计算机视觉的注册方式,不适合户外增强现实系统的开发,需要做进一步的改进。论文利用ARToolKit在室内实现了管网三维可视化的增强显示,取得了满意的效果;根据户外的实际,提出了以全球定位系统载波相位差分(GPSRTK)和惯性导航系统(INS)相结合进行精确定位、以电子罗盘和倾角计相结合测定视线方向的混合注册方法;对利用ARToolKit建立户外地下管网增强现实系统的框架及功能作了进一步的探讨。     

基于视觉标记的增强现实系统建模及配准误差问题研究

针对当前基于视觉的增强现实系统标记大、成本高的缺陷,提出一套结合简单组合标记的增强现实系统的实现方案.基于弱透视模型,以色彩和形状作为融合特征,研究了利用冗余特征实现标记物体的3D位姿还原方法.为使配准方案能够适应普通的视觉采集设备,提出根据摄像机标定时得到的扭曲参数对渲染后的模型进行再扭曲的配准修正方法.结合OpenCV和OpenGL中的空间变换的概念,给出了虚拟和物理世界配准融合的解决方案,并基于统计学数学模型,提出降低配准时的误差以及提升配准稳定性的方案.实验结果表明,提出的算法能有效地将静态标签的抖动降低至亚像素级.     

基于增强现实的人机物理交互仿真系统研究

在增强现实系统中,真实物体和虚拟物体除了要实现视觉上的融合之外,还要能够实现视觉交互和物理交互.仿真系统采用了基于单目视觉的ARToolKit增强现实开发平台,首先对CMOS摄像头采集的图像进行处理,利用模式识别的方法对标识物进行图像匹配,然后对从标识物坐标系到摄像机坐标系的变换矩阵进行计算,实现虚实注册,最后通过对标识物空间位置的改变实现了虚实物体问的单向物理交互.实验结果表明,该系统操作简单直观,具有良好的实时性,交互性及可扩展性.     

基于环境映照的增强现实技术

设计了一个基于环境映照的增强现实系统的模型,同时介绍了一种环境映照快速预滤波技术。此模型的实现过程表明,该文的方法实现相对简单,绘制的画面真实感强,并且有一定的交互功能。     

Handheld Augmented Reality for underground infrastructure visualization

In this paper, we present an Augmented Reality (AR) system for aiding field workers of utility companies in outdoor tasks such as maintenance, planning or surveying of underground infrastructure. Our work addresses these issues using spatial interaction and visualization techniques for mobile AR applications and as well as for a new mobile device design. We also present results from evaluations of the prototype application for underground infrastructure spanning various user groups. Our application has been driven by feedback from industrial collaborators in the utility sector, and includes a translation tool for automatically importing data from utility company databases of underground assets.

Augmented and Virtual Reality techniques for footwear

The use of 3D imaging techniques has been early adopted in the footwear industry. In particular, 3D imaging could be used to aid commerce and improve the quality and sales of shoes. Footwear customization is an added value aimed not only to improve product quality, but also consumer comfort. Moreover, customisation implies a new business model that avoids the competition of mass production coming from new manufacturers settled mainly in Asian countries.