增强现实技术和产业发展现状及趋势展望

1概述 1.1增强现实定义与特点 增强现实(Augmented Reality,AR)是一种将计算机实时生成的虚拟信息(图片、视频、声音等)无缝融合到真实世界中,以实现对现实增强的技术.AR具有虚实结合、实时互动、三维注册(虚拟物体与真实场景在三维空间的一致性,即空间上的整合)3大特点.通过AR技术,体验者既能看到真实...     

增强现实辅助装配技术综述

目的 增强现实技术是一种将虚拟信息与真实环境相融合的技术,增强装配是指将增强现实技术应用到装配领域,旨在提高装配效率与质量、降低装配培训成本.方法 对增强现实辅助装配技术进行了介绍,并对增强现实三大关键技术(跟踪配准技术、实时交互技术、虚实融合技术)及其在辅助装配系统中的实现方法进行了详细阐述,然后分类介绍了增强现实辅助装配实例,最后提出了在实际应用中面临的问题.结论 增强现实技术在辅助装配时充分发挥作用的前提是必须要有完善的装配信息模型;目前受硬件的限制,头戴式显示器只能在便携性与图形性能之间取一个平衡;增强装配引导系统的最终使用对象是工人,因此构建一个用户友好型增强装配系统十分重要.     

使用三角网的户外增强现实注册方式的研究

增强现实的关键技术是进行三维注册,即由真实场景计算虚实结合的参数。为扩大增强现实在户外的应用,提出了在真实场景主要物体上增加表面3D网格的方法来减少虚实结合参数计算的复杂程度。该方法既不需要增强现实室内应用开发所应用的标记,也无需目前户外应用所依赖的传感仪器。以户外地形为例,通过对视线与地形网格交点的计算快速得到以往需要两幅图像联合处理才能得到的三维信息并进行快速的虚实合成。该方法为户外增强现实系统关键技术的研究提供了一个新的思路。     

基于VRML的机械产品可视化装配及其应用

虚拟装配是虚拟现实技术在制造业中的一项重要应用,借助虚拟现实技术,在设计阶段就可以对产品进行虚拟装配。研究了网络制造环境下机械产品的可视化装配技术中动态VRML场景、虚拟装配控制、碰撞检测,提出了通过将虚拟模型运算交由服务器来完成的结构体系,解决传统虚拟装配中的碰撞检测技术的不足;并提出通过保存零件运动的关键点,对运动路径进行修改和控制的方法,减少了编写VRML程序的工作量。     

基于增强现实技术的浮迹系统设计

目的 基于增强现实技术和弹幕显示方式,设计一套通过文字增强现实环境的系统,帮助用户更有效地获取信息,提升信息交互过程中的趣味性。方法 以视频弹幕的特征为基础,针对单用户视频观看场景和多用户社交场景,设计增强现实环境中的文字显示系统——浮迹系统。通过三维动画构建系统功能原型,通过对原型进行用户测试以验证其功能的可用性并找到改进方向。结果 在单用户视频观看场景下,用户对于跟踪显示文字满意度最高,浮迹系统能增强用户对观看内容的理解和观看的趣味性。在多用户社交场景下,用户对浮迹系统的满意度受用户本身的社交频率影响很大。结论 浮迹系统通过弹幕的形式对现实环境进行增强,为用户提供更多的信息,能有效提升用户对当前环境的理解。在视频观看场景中,该系统能提高观看的趣味性和知识性。在多人社交场景中,该系统能帮助不擅长社交的个体获取有用的社交信息。     

基于增强现实技术的设备维护辅助系统

增强现实技术(AR)是虚拟现实技术一个新的分支,是一种利用计算机对使用者所看到的真实世界景像进行增强或扩张的技术。在增强现实系统中.使用者在看到周围真实环境的同时.能够看到计算机生成的增强信息。这种增强信息可以是在场景中叠加的与真实环境相关联的虚拟物体.也可以是对真实物体的文字提示、标注等二维信息。     

基于增强现实的产品展示APP设计研究

目的探求以增强现实技术为基础的移动端产品展示APP设计模式。方法从用户体验和产品虚拟视觉信息设计两方面展开研究。结果结合家电产品展示APP开发案例,在移动设备环境下,利用增强现实开发工具设计了增强现实产品展示系统。结论虚拟现实技术为移动展示设计提供了一种用户体验更好的展示形式,能够将虚拟的产品数字化模型和真实环境结合起来;也为产品设计企业提供了可用性更高的展示系统平台,并且为虚拟展示系统的设计提供了新思路和方向。     

基于网络的实时虚拟装配系统的研究

基于网络的虚拟装配为虚拟制造领域提出了一个崭新的思路和方法.提出了虚拟装配过程中约束的实时控制与虚拟装配仿真磁心定位的概念,从产品的装配分析角度出发,实现了网络环境下虚拟装配系统的智能化动态仿真、装配信息实时反馈以及虚拟环境下数据库的快速查询,并研究了仿真动画和交互的关键技术.     

从计算机视觉角度分析增强现实场景生成与可视化

增强现实场景生成与可视化是只在现有的真实场景之下,将计算机虚拟技术引入进来,实现虚拟场景与现实场景的渲染。带给人们一种比现实场景更加梦幻,比虚拟场景更加真实的视觉冲击。通过利用计算机视觉角度对于现实场景进行情景再现,进而开发出一个增强现实系统,提高现实场景生成与可视化的水平。     

VRML虚拟现实网络互动仿真装配平台的研究

在计算机上实现了虚拟装配的流程以及运用VRML创建可视化的三维虚拟场景,提出了一种基于VRML和Java的虚拟现实构建方法,以增强VRML虚拟场景与外界的交互性,并通过实例提出了创建网络虚拟装配交互仿真的具体方案。该方法不仅可用于演示网络环境下的可视化装配,也适用于基于VRML的其它领域科学可视化。     

Augmented reality for assembly guidance using a virtual interactive tool

The application of augmented reality (AR) technology for assembly guidance is a novel approach in the traditional manufacturing domain. In this paper, we propose an AR approach for assembly guidance using a virtual interactive tool that is intuitive and easy to use. The virtual interactive tool, termed the virtual interaction panel (VirIP), is an easy-to-use tool that can be used to interactively control AR systems. The VirIP is composed of virtual buttons, which have meaningful assembly information that can be activated by an interaction pen during the assembly process. The interaction pen can be any general pen-like object with a certain colour distribution. It is tracked using a restricted coulomb energy (RCE) network in real-time and used to trigger the relevant buttons in the VirIPs for assembly guidance. Meanwhile, a visual assembly tree structure (VATS) is used for information management and assembly instructions retrieval in this AR environment. VATS is a hierarchical tree structure that can be easily maintained via a visual interface. It can be directly integrated into the AR system or it can alternatively act as an independent central control station on a remote computer to control the data flow of the assembly information. This paper describes a typical scenario for assembly guidance using VirIP and VATS. The main characteristic of the proposed AR system is the intuitive way in which an assembly operator can easily step through a pre-defined assembly plan/sequence without the need of any sensor schemes or markers attached on the assembly components. Several experiments were conducted to validate the performance of the proposed AR-based method using a monitor and a head-mounted display. The results show that the AR-based method can provide an efficient way for assembly guidance.     

基于眼动追踪的AR辅助装配指示符号影响机制研究

目的 随着AR数字化信息在辅助装配领域的快速发展,能为用户提高装配效率、准确性和减少操作错误。当前AR指示符号的视觉设计尚无通用标准,如何解决AR辅助装配交互界面中指示符号的用户体验问题,成为研究重点。方法 以AR辅助机械装配的指示符号为例,采用眼动追踪实验方法对增强现实环境下辅助装配符号维度与状态进行量化分析与评估,进而提出AR环境下辅助装配指示符号设计的设计策略。结论 研究结果表明：（1）指示符号的维度和状态对指示符号的认知负荷有显著影响,动态和3D指示符号的认知负荷较大;（2）指示符号的状态对指示符号的视觉凸显性有显著影响,动态图标的视觉凸显性更强;（3）指示符号的状态对装配任务的装配效率有显著影响,动态符号的装配效率更高;（4）指示符号的状态对装配任务的装配质量有显著影响,静态指示符号引导下的任务的装配质量更高。研究结论可为AR辅助装配交互设计提供相关理论支撑,具有较好的理论和实践研究意义。     

基于实时装配状态感知和直观性交互的虚拟现实辅助维修训练

为了提高虚拟维修训练时零件的定位精度,丰富人机交互功能,反映贴近实际的操作过程,提高操作者的训练质量,基于虚拟现实辅助技术,研究了装配约束感知与建立算法,可实现根据当前的装配状态实时建立正确的装配约束.基于直观性交互建立了"导师&助教"多模式指导方法.在Unity3D环境中开发了虚拟手、虚拟工具的无标记交互操作方式,并...     

基于场景平面结构的增强现实方法

提出了一种基于场景平面结构的增强现实方法.首先,选定图像序列中的两帧对目标场景进行局部的三维重建;然后,选择场景中某一平面作为处理和跟踪的对象,通过交互指定该平面内矩形的四个顶点作为虚拟对象的嵌入区域并建立局部参考坐标系,从而实现虚拟对象与三维场景的迅速对齐;最后通过鲁棒的场景平面跟踪算法实现虚拟对象在整个图像序列中的真实感嵌入,完全允许嵌入区域被部分遮挡的情况.真实序列图像的实验结果及对算法的分析验证了方法的有效性和可行性.     

RFID-assisted assembly guidance system in an augmented reality environment

RFID technology provides an invisible ‘visibility’ to the end user for tracking and monitoring any objects that have been tagged. Research on the application of RFID in assembly lines for overall production monitoring and control has been reported recently. This paper presents a novel research on implementing the RFID technology in the application of assembly guidance in an augmented reality environment. Aiming at providing just-in-time information rendering and intuitive information navigation, methodologies of applying RFID, infrared-enhanced computer vision, and inertial sensor is discussed in this paper. A prototype system is established, and two case studies are presented to validate the feasibility of the proposed system.     

面向髋关节穿刺手术的实用化增强现实导航方法

目的 旨在利用成熟的技术路线和功能整合,实现面向髋关节穿刺手术的无创伤实用化骨骼增强现实(AR)导航。方法 采用基于神经网络的自动分割方法对现有临床CT影像数据进行骨骼图像分割,并进行三维体积重建;利用虚拟现实开发手段,实现手术导航功能。结果 实现了面向AR的CT扫描方法及配准装置设计,开发了基于CT影像的实用化骨骼组织三维自动重建功能。成功实现了与真实人体配准的骨组织AR预览。完成了从临床CT影像采集到形成真实人体配准的实时骨骼显示的全过程验证。结论 为无创骨骼导航提供了一种新的技术路线和方法,证明了在无创条件下快速实现虚拟骨骼与真实皮肤配准显示的技术可行性。为临床骨科手术提供了新的思路和参考,并可为其他领域的外科手术导航研究提供技术支持和参考。     

Real-time interaction of virtual and physical objects in mixed reality applications

We present a real-time method for computing the mechanical interaction between real and virtual objects in an augmented reality environment. Using model order reduction methods we are able to estimate the physical behavior of deformable objects in real time, with the precision of a high-fidelity solver but working at the speed of a video sequence. We merge tools of machine learning, computer vision, and computer graphics in a single application to describe the behavior of deformable virtual objects allowing the user to interact with them in a natural way. Three examples are provided to test the performance of the method.     

基于真实世界隐喻的虚拟现实用户界面范式研究及应用

目的 基于真实世界隐喻,研究虚拟现实用户界面范式,并指导应用实践。方法 通过整理虚拟现实和用户界面的相关文献资料,以基于真实世界的交互（RBI框架）作为指导,引出真实世界隐喻4个方面的要素,对比WIMP范式各个基础元件所承载的作用,研究虚拟现实用户界面范式。结论 提出了虚拟现实用户界面SOMM范式,分析了SOMM范式每一个要素,描述了用户在虚拟现实中的三维交互过程,并应用于工业机器人VR岗位实训系统用户界面当中,验证了SOMM范式的可行性。SOMM范式能让用户在虚拟现实环境中执行自然人机交互,减少了用户认知转换负荷,为其他研究者和设计师提供了指导和思路。