基于增强现实的视触觉交互算法

视触觉增强现实(VHAR)技术可在虚实结合的场景中实现力触觉交互。本文基于Geomagic Touch触觉设备提出了一种新的视触觉增强现实交互算法,以快速特征点提取和描述算法(ORB)与角点光流跟踪算法(KLT)算法搭建基于自然特征的增强现实环境,并以此为框架融入触觉反馈接口,实现视触觉协同反馈的交互环境。该算法首先对真实场景中的触控笔进行虚拟注册,然后基于触觉设备的前向运动模型,实现虚拟触控笔与真实触控笔的6-DOF协同运动;最后通过虚拟触控笔实现对虚拟物体的操控,实现了更加真实、自然的视触觉人机交互。实验结果表明,此方法具有良好的实时性、可行性和准确性。     

基于视线跟踪的增强现实交互

为了给增强现实系统提供一种直接、自然及双向的交互手段,本文将视线跟踪技术和增强现实技术相结合,提出了基于视线跟踪的增强现实集成原型系统,该系统既能跟踪用户的视线方向,获得用户在场景的感兴趣区域,又能体现增强现实系统的特点.针对集成系统的基本要求,结合光学透视式头盔显示器的虚拟摄像机模型,详细介绍了系统的原理,光路设计和虚拟信息注册算法.实验结果表明,集成系统达到了良好的人机交互效果,为视线跟踪与增强现实技术的广泛应用奠定了良好的基础.     

基于EILBP视觉描述子结合PLSA的场景分类算法

针对场景分类问题,本文提出一种基于图像局部边缘区域的EILBP(Edge Improved Local Binary Pattern)视觉特征描述结合PLSA模型场景分类方法.EILBP视觉特征通过利用局部边缘区域的梯度、方向分布与特征的局部空间分布等信息对图像进行充分合理地描述.首先对场景图像边缘轮廓稠密采样,得到以稠密采样点为中心的图像局部边缘区域并提取区域的EILBP特征作为视觉词汇,对视觉词汇聚类形成视觉词汇表(码本);然后,用词袋(BOW,Bag-Of-Words)模型描述图像;最后,利用PLSA模型对图像的词袋模型进行潜在语义挖掘并用判定式KNN分类器进行场景分类,得到测试图像集合的混淆矩阵.在多类场景图像上的实验表明,本文所用的方法不需要对场景内容进行人工标注,具有较高的分类准确率,且对具有边缘轮廓的图像分类精度较高.     

基于局部估计的多光源图像颜色恒常性计算

目的解决多光源场景图像的颜色矫正问题。方法首先采用网格划分和关键点取样2种方法对多光源图像划分区域,然后对划分后的区域采用单光源颜色恒常性算法估计光源,把每一个区域对场景光源颜色的贡献整合为复合光源颜色作为多光源场景的近似估计,最后采用对角模型进行矫正,并将此方法与单独用单光源颜色恒常性算法估计做对比。结果通过对多光源图像划分区域,可以弱化多个光源对图像的影响,与单独用单光源颜色恒常性算法估计对比,对图像的矫正效果显著。结论通过局部估计多光源图像,所提出的方法可以有效解决多光源室外场景图像的颜色恒常性问题。     

基于平面重建与自然特征匹配的虚实注册方法

针对增强现实系统中的三维注册问题,提出了一种新的基于多平面结构三维重建与自然特征匹配相结合的虚实注册方法,该方法分为离线三维重建和在线实时注册两个阶段.离线阶段系统利用两幅参考图像和双目视觉原理恢复出平面坐标系,并根据用户指定的世界坐标系计算两者之间的变换关系.实时注册阶段,系统首先将当前图像与参考图像做特征匹配以获取平面所对应的单应性关系,进而恢复出每个平面所对应的投影矩阵,由上述投影矩阵以及离线计算所获得的世界坐标系与多个平面坐标系之间的变换关系合成三维注册所需的变换矩阵.实验结果表明,该方法是有效可行的,而且在克服误差积累方面较传统方法有明显改善.     

增强现实技术在远程现实中的应用研究

设计了基于移动机器人的远程现实系统,辅助机器人遥操作.为提高人机交互能力,把增强现实技术应用到远程现实当中,根据增强现实中三维注册的原理,推导了双曲面全景成像中基于视觉的注册算法,实现了三维虚拟机器人在全景图像中的注册定位.为了提供更加直观的人机交互界面,采用一种快速算法把圆形全景图进行近似的柱面展开,并将"增强远程现实"应用于展开的图像界面中.实验结果表明,增强远程现实改善了场景的视觉感官效果、增加了辅助信息,提高了人机交互能力.     

基于Markov随机场的区域跟踪算法

由于视频序列的对象跟踪相当于把图像帧分割成跟踪与非跟踪两个不重叠区域,为此,引入图像分割算法中的Markov随机场模型,提出了一种多目标模糊规划求取Markov标记场的最优估计来实现区域跟踪的算法。此算法为了克服传统离散Markov随机场运算速度慢的缺点,利用双随机矢量,建立连续的Markov标记场,同时提取区域视觉和运动信息的模糊特征,从而改善了算法的鲁棒性和运算复杂度。最终实验结果表明,此方法不仅跟踪效果好,而且还有运算速度快、抗干扰能力强等特点。     

基于椭圆特征区域与重要位平面分解的鲁棒图像水印算法

目的 为了解决当前基于特征点的水印方案难以描述图像的非纹理区域（像素强度变化较大的边缘、像素强度值较小或趋于0的均匀区域）,降低了局部特征区域的鲁棒性,使其抗几何失真能力不佳的问题,提出基于椭圆特征区域与重要位平面分解的鲁棒图像水印算法。方法 根据彩色载体的RGB分量,计算颜色不变性;基于颜色不变性的强度概率密度,推导概率密度梯度估计函数;利用概率密度梯度值,计算二阶Hessian矩阵,改进SURF方法,充分提取彩色载体中纹理与非纹理区域的鲁棒特征点;再求取Hessian矩阵的特征值与特征向量,以计算椭圆的长轴、短轴半径与方向角度,并以特征点为中心,建立局部椭圆特征区域;定义鲁棒特征区域选择规则,确定合适的水印嵌入位置;引入位平面分解技术,获取鲁棒椭圆特征区域的重要位平面图像,并提取其直方图,以此设计水印嵌入方法,将二值水印隐藏到这些直方图中,形成水印图像;根据水印检测机制,复原二值水印。结果 实验结果显示,与基于特征点的水印方案相比,所提算法具有更高的不可感知性与鲁棒性,复原水印失真度最小。结论 所提算法具有较高的视觉隐秘性和抗几何失真能力,在版权保护、信息防伪等领域具有较好的参考价值。     

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。     

基于大气散射模型的单幅雾天图像复原方法

现有大气散射模型方法对于利用长期固定成像器的地方可以较好实现场景建模并复原雾天图像,但在缺乏其他天气状况下,景物图像作为参考的单幅雾天图像不能很好地复原。针对这一问题,该文提出一种新的基于大气散射模型的单幅雾天图像复原方法。该复原方法先通过边缘检测算法查找景物轮廓来划分不同区域,然后标定不同连通区域来划分景物层次,再计算图像灰度值变化曲线的斜率并分割天空区域,最后对新的环境光强度设定,对不同区域的景物采用不同的参数进行复原。采用一张手动拍射图像和一张网络图像作为实例分别进行实验,结果表明:该方法能够很好地复原缺乏参考图像的单幅雾天图像。     

基于VRML场景的虚拟装配环境设计

Java 和VRML 的结合,构成了创建基于网络的大规模虚拟环境的理想综合平台,特别适合分布式VRML 场景的虚拟装配环境设计。给出了一种基于VRML 和Java的虚拟现实构建方法,即通过I-DEAS 完成虚拟产品的物理建模和装配设计,修改由I-DEAS的输出的VRML 文件,增加交互性所必需的传感器节点,然后利用VRML 的Script 和EAI将它们有机地集成在一起,在此技术上完成VRML 场景的动态生成、装配控制及装配过程的动画回放等功能。     

基于八叉树的复杂产品模型实时绘制技术

给出基于OpenSceneGraph场景模型的信息提取方法,利用八叉树对场景模型进行分割和视锥体剔除,有效提高了实时绘制的效率,尤其是对浏览场景细节时的绘制效率提高最为明显。采用基于分页技术的Pagelod方法,实现模型的动态调度,以减少I/O的负载,满足在有限硬件条件下虚拟场景中复杂产品模型的实时绘制要求。     

应用Java3D技术构造网络虚拟现实环境的方法

Java3D是Java语言在三维领域扩展的一组API,可用于快速构建虚拟现实环境.通过比较两种创建虚拟现实环境的方法,提出一种利用Java3D技术创建虚拟现实环境的方法.着重介绍了利用Java3D构建虚拟现实环境的几个关键技术和具体实现方法,并实现了一个原型系统,同时给出了系统结构和功能.用户可以利用该系统非编程快速搭建所需的三维场景,并且能实现人与场景的交互.     

虚拟广告场景定位及广告牌模型库设计

设计了一个虚拟广告系统,即对场景和广告牌模型的创建和管理.通过3ds/Max制作少量简单模型,用MFC框架编写了一个含四个视图的模型编辑器,使用OpenGL图形库对模型进行处理,进行场景和广告牌建模,要求统一尺寸,并按规定的层次结构存放及一个与用户交互的编辑器,可以载入3ds文件格式的模型并随意改变模型的位置,大小和方向等,确定需要的场景后,可以保存退出.该编辑器用来保存场景和摄像机的位置信息至一个文件中,供以后将虚拟广告牌插入视频之用.该程序总体功能基本完成.     

视觉自适应行人计数

基于视觉的行人计数技术因其广阔的应用前景逐步成为智能视觉监控领域的一个研究热点。本文提出了一种基于虚拟门上前景像素点个数的行人计数方法。该方法分为学习和计数两个过程。在学习过程中,本方法采用基于行人检测的方法获取场景中的若干行人模型,并利用线性拟合为虚拟门上的点赋予权重。在计数过程中,本方法在考虑虚拟门上前景像素的权重、运动矢量的大小和方向等信息的基础上,逐帧统计虚拟门上前景点个数,通过特定时间内累计的前景点数量来确定通过虚拟门的行人数量。实验表明,该方法能够在保证计数精度的前提下,有较好的实时性能。     

基于用户体验满意度的虚拟村寨路径规划

目的 用户在复杂环境下的虚拟村寨中游览,为了兼顾用户游览体验满意度及用户行为偏好,提出了基于用户体验满意度的路径规划方法。方法 首先,还原真实村寨的虚拟场景,对虚拟村寨进行降维处理,获取栅格化地图;然后,提出一种改进A星算法,并以地标点、用户移动轨迹、用户喜爱度等为约束条件,构建多因素影响下的虚拟村寨路径规划模型;最后,通过设计实验采集用户行为偏好数据,并由所构建模型开展约束影响权重分析,并将约束条件作为开展寻路算法的影响因素。结果 实验结果表明,该方法所规划出的路径能够有效兼容地标点、用户移动轨迹、用户喜爱度等多种约束条件。结论 路径规划结果对提升用户在虚拟村寨场景中的体验满意度具有明显优越性,能为用户沉浸式游览体验设计提供新方法。     

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。     

可供性视域下博物馆非遗虚拟仿真系统设计研究

目的 探究可供性视域下博物馆非遗虚拟仿真系统设计方法。方法 首先概述了博物馆场景下,非遗虚拟仿真系统的现状,并对可供性理论及其应用进行梳理和提炼,提出可供性应用于博物馆非遗虚拟仿真系统设计的意义;其次从可供性视角分析博物馆非遗虚拟仿真系统设计层面存在的问题,进一步提出将可供性引入非遗虚拟仿真系统设计的机会和意义;最后通过分析非遗虚拟仿真系统的可供性设计节点特性,并结合前期相关研究,构建基于可供性理论的博物馆非遗虚拟仿真系统设计方法,并以广彩瓷虚拟仿真系统为例进行设计实践与可行性验证。结论 研究结合可供性理论,提出可供性视角下博物馆非遗虚拟仿真系统设计可分为功能结构层、场景交互层、信息设计层与文化分为层,并分别提出显性知识数据库构建与隐性知识可视化教学、空间仿真、实体仿真与结构仿真、表征引导信息与情境反馈信息、视觉元素非遗化与听觉媒介沉浸化设计原则,形成面向博物馆非遗虚拟仿真系统的设计方法,为构建自然交互体验的非遗虚拟仿真系统设计提供参考。     

基于网络的虚拟装配可视化技术研究

分析了在计算机上实现虚拟装配的流程及如何用VRML创建三维可视化的虚拟场景，提出一种基于VRML和Java的虚拟现实构建方法，用以增强VRML虚拟场景与外界的交互性，并以球阀为例给出了在网络上创建虚拟装配动画演示的具体方案．该方法不仅可用于演示网络环境下的可视化装配，也适合于其它领域基于Web的科学可视化。     

多运动平台红外场景仿真

为了能对多运动平台条件下的红外信息处理算法进行验证与评估,进行了多运动平台红外场景仿真的研究与实现。首先,回顾了现有的红外场景仿真方法,指出其主要针对单平台条件设计。接着,分析了目标模型,提出了目标辐射模型和目标群运动模型。然后,在分析多运动平台红外信息处理算法特点基础上,提出了基于虚拟观测平台的成像观测模型,并据此得到了多运动平台红外场景仿真的基本流程。最后,对提出的场景产生方法进行了仿真验证。仿真结果表明:提出的多运动平台红外场景仿真方法,能够满足多运动平台协同条件下的红外信息处理算法的验证与评估的需求。