混合跟踪技术在增强现实系统中的应用

跟踪技术是增强现实的一个重要研究方向,它致力于解决虚拟信息与真实环境的精确配准问题,构建稳定、高效的增强现实系统。通过分析增强现实系统的跟踪需求,指出单一跟踪存在的不足,说明采用混合跟踪技术的必要性,论述了基于视觉一惯性的混合跟踪技术及其在增强现实中的应用,实现了一种基于VisTracker视觉-惯性混合跟踪器的增强现实实验系统,并给出调试结果。     

增强现实中三维跟踪注册技术概述

三维跟踪注册技术是增强现实领域中的重要关键技术，通过对现实场景中的图像或物体进行跟踪与定位，将虚拟物体按照正确的空间透视关系叠加到真实场景当中。综述了增强现实中的三维跟踪注册技术（基于计算机视觉的跟踪注册技术、基于硬件传感器的跟踪注册技术以及混合跟踪注册技术），详细阐述了不同跟踪注册技术的优势与不足，并介绍了不同跟踪注册技术的当前应用现状，随后探讨了跟踪注册技术的发展趋势与存在的难题，对三维跟踪注册技术的进一步研究进行了展望。     

适用于户外增强现实系统的混合跟踪定位算法

单一传感器无法解决户外增强现实系统中的跟踪定位问题.为了提高视觉跟踪定位算法的精度和鲁棒性,提出一种基于惯性跟踪器与视觉测量相结合的混合跟踪定位算法.该算法在扩展卡尔曼滤波框架下,通过融合来自视觉与惯性传感器的信息进行摄像机运动轨迹估计,并利用视觉测量信息对惯性传感器的零点偏差进行实时校正;同时采用SCAAT方法解决惯性传感器与视觉测量间的时间采样不同步问题.实验结果表明,该算法能够有效地提高运动估计的精度和稳定性.     

沉浸式环境中多场景视觉提示信息可视化方法综述

沉浸式环境是通过虚拟现实（virtual reality,VR）等技术为用户呈现趋近于真实的环境体验。虚拟现实是通过计算机生成现实世界的模拟环境,可以为用户提供丰富的沉浸感、交互性和想象力体验。用户在虚拟现实场景中,通过视觉可以快速熟悉环境,获取场景内外的信息,还可以通过视觉完成与场景的交互,增强用户的感知。增强现实（augmented reality,AR）会将虚拟信息放置在真实场景中,用户可以与真实场景中的虚拟信息进行交互。为了充分了解视觉提示信息在虚拟现实等不同沉浸式场景中的研究,探究视觉信息提示方法的本源,本文按照信息提示位置的不同、功能和应用的不同进行区分,首先综述近年来在普通二维场景中的方法,通过技术对比和改进深入讨论了在三维虚拟现实或增强现实环境下对视觉提示信息可视化方法的研究。分析在虚拟现实或增强现实环境下与普通二维场景中显示的异同,同时展开视觉提示信息在多场景下对用户注意力等使用功能方面的研究介绍,以及全景视频观看等实际场景中的应用研究说明。本文通过对二维和三维场景视野外、场景中标签布局和注意力引导,以及全景视频观看等实际应用中的讨论,可以更详细地展示视觉提示信息在沉...     

紧耦合多传感器混合跟踪算法

在增强现实应用中实现对运动目标的准确跟踪是一个具有挑战性的任务。基于混合跟踪通过对多传感器信息的融合通常比单一传感器跟踪算法更为优越的特性,提出了一种新的紧耦合混合跟踪算法实现视觉与惯性传感器信息的实时融合。该算法基于多频率的测量数据同步,通过强跟踪滤波器引入时变衰减因子自适应调整滤波预测误差协方差,实现对运动目标位置数据的准确估计。通过标示物被遮挡状态下的跟踪实验结果表明,该方法能有效改善基于扩展卡尔曼滤波器的混合跟踪算法对运动目标位置信息预测估计的准确性,提高跟踪快速移动目标的稳定性,适用于大范围移动条件下的增强现实系统。     

基于视觉的增强现实技术研究综述鲻

增强现实技术是当前计算机视觉领域中的热点问题之一,本文系统综述了基于视觉的增强现实技术的研究现状.首先,对基于视觉的增强现实技术的研究现状进行了概述:其次,详细地阐述了该领域目前出现的新技术,包括三维注册技术、摄像机标定技术、跟踪技术、虚实光照的一致性以及AR实空间建模技术,继而论述了该领域在研究中存在的问题,并对该领域中需要进一步解决的问题进行了讨论;最后,对增强现实技术的进一步研究进行了展望.     

增强现实技术综述

增强现实技术是将计算机渲染生成的虚拟场景与真实世界中的场景无缝融合起来的一种技术,它通过视频显示设备将虚实融合的场景呈现给用户,使人们与计算机之间的交互更加的自然,同时具有广泛的应用前景,因此成为近年来的一个研究热点。随着跟踪注册技术的进步、计算机性能的飞速发展、深度摄像机的普及,以及Light Field投影技术在增强现实中的应用,增强现实技术逐渐成为下一代人机交互的发展方向。该文章首先概述了增强现实的主要研究内容和发展情况,并详细介绍了增强现实的关键技术、开发工具,然后分类概述了增强现实应用案例。     

基于混合现实交互界面的下颌运动仿真系统

针对传统医学可视化仿真系统中交互界面和交互技术的缺点,基于视觉跟踪技术采用实物模型设计和实现了一个基于混合现实界面的下颌运动仿真系统。通过对物理界面元素、虚拟界面元素以及交互隐喻的分析,为混合现实环境下的交互技术建立了一个具有通用性的分类体系。物理与虚拟的界面元素之间通过语义映射将用户的操作从物理世界映射到虚拟空间中,从而为用户提供一种更为直观、自然的交互方式。     

基于视觉的增强现实技术研究综述

增强现实技术是当前计算机视觉领域中的热点问题之一,本文系统综述了基于视觉的增强现实 技术的研究现状．首先,对基于视觉的增强现实技术的研究现状进行了概述;其次,详细地阐述了该领域目 前出现的新技术,包括三维注册技术、摄像机标定技术、跟踪技术、虚实光照的一致性以及AR 实空间建模技 术,继而论述了该领域在研究中存在的问题,并对该领域中需要进一步解决的问题进行了讨论;最后,对增 强现实技术的进一步研究进行了展望．     

视触觉融合的增强现实三维注册方法

增强现实技术是近年来人机交互领域的研究热点.在增强现实环境下加入触觉感知,可使用户在真实场景中看到并感知到虚拟对象.为了实现增强现实环境下与虚拟对象之间更加自然的交互,提出一种视触觉融合的三维注册方法.基于图像视觉技术获得三维注册矩阵;借助空间转换关系求解出触觉空间与图像空间的转换关系;结合两者与摄像头空间的关系实现视...     

Real-time optical markerless tracking for augmented reality applications

Augmented reality (AR) technology consists in adding computer-generated information (2D/3D) to a real video sequence in such a manner that the real and virtual objects appear coexisting in the same world. To get a realistic illusion, the real and virtual objects must be properly aligned with respect to each other, which requires a robust real-time tracking strategy—one of the bottlenecks of AR applications. In this paper, we describe the limitations and advantages of different optical tracking technologies, and we present our customized implementation of both recursive tracking and tracking by detection approaches. The second approach requires the implementation of a classifier and we propose the use of a Random Forest classifier. We evaluated both approaches in the context of an AR application for design review. Some conclusions regarding the performance of each approach are given.     

基于增强现实技术中虚拟物体投影的应用研究

增强现实技术是近年来的一个研究热点。增强现实是把计算机产生的虚拟物体或其他信息合成到用户感知的真实世界中的一种技术。它是对真实世界的补充,而不是完全替代真实世界。显示技术和跟踪注册技术是增强现实系统关键技术,也是研究的重点。本文简要介绍了显示技术以及跟踪注册技术。     

一种增强现实系统的三维注册方法

三维注册技术是增强现实系统研究的一个重要方面。现有的增强现实技术三维注册方法都是用平面标志来作为定位基准的,且系统构造较复杂,图象处理所需计算量较大,还会因此引入误差。该文提出了一种使用立体标志物的基于视觉的三维注册方法。该方法只需要一个彩色ＣＣＤ摄像机就可以完成三维环境注册,并且不需要进行复杂的图象处理运算,这种新方法能够有效简化注册系统和算法,并且能消除使用多个传感器的配合误差。     

Comprehensible Visualization for Augmented Reality

This article presents interactive visualizations to support the comprehension of spatial relationships between virtual and real world objects for augmented reality (AR) applications. To enhance the clarity of such relationships we discuss visualization techniques and their suitability for AR. We apply them on different AR applications with different goals, e.g. in X-Ray vision or in applications which draw a user's attention to an object of interest. We demonstrate how Focus and Context (F+C) visualizations are used to affect the user's perception of hidden or nearby objects by presenting contextual information in the area of augmentation. We discuss the organization and the possible sources of data for visualizations in augmented reality and present cascaded and multi level F+C visualizations to address complex, cluttered scenes that are inevitable in real environments. This article also shows filters and tools to interactively control the amount of augmentation. It compares the impact of real world context preserving to a pure virtual and uniform enhancement of these structures for augmentations of real world imagery. Finally this paper discusses the stylization of sparse object representations for AR to improve x-ray vision.     

增强现实中的虚实注册技术研究

增强现实是把计算机产生的虚拟物体或其他信息合成到用户看到的真实世界中的一种技术 .实现虚拟信息与真实景象的正确匹配或有机结合是每个增强现实实用系统都必须完成的一项重要任务 ,且它的具体实现需依赖于计算机硬件和软件系统的相互配合及协调 .为了有效地降低增强现实应用系统中的虚实注册误差 ,在对基于位置跟踪和相机定标技术的传统虚实注册技术进行分析的基础上 ,首先研究了仿射变换技术理论在增强现实中的应用 ,并提出了在全局仿射坐标系下 ,获取像素相对深度参数的一种策略 ;然后在对 AR中的虚实注册问题进行研究分析的基础上 ,进一步讨论了图象分析技术在虚实注册问题中的应用问题 ,并提出了一种基于数值背景表达的快速虚实注册策略 ,以提高虚实注册过程中 ,场景特征点提取的精度和速度 ;最后还分别用该仿射理论进行了动态和静态的虚实注册实验 ,实验结果表明 ,该方法能有效地降低增强现实应用系统的虚实注册误差 .     

The effect of tracking technique on the quality of user experience for augmented reality mobile navigation

Augmented reality (AR) technology is changing the way we interact with the world by making the journey seamless and interactive. This is done by layering digital enhancements over an existing reality or real life scenario. However, employing AR technologies in wayfinding and navigation does not automatically bring positive experiences. We argue that tracking techniques are important in mobile AR navigation and fundamentally affect the quality of user experience. In this paper, we propose two different tourist AR applications based on different tracking techniques. In addition to the analysis of the applications, we conducted a user evaluation to study the effect of different AR tracking techniques on the performance of users and the quality of user experience.     

Real-time and accurate extrinsic camera parameter estimation using feature landmark database for augmented reality

In the field of augmented reality (AR), many kinds of vision-based extrinsic camera parameter estimation methods have been proposed to achieve geometric registration between real and virtual worlds. Previously, a feature landmark-based camera parameter estimation method was proposed. This is an effective method for implementing outdoor AR applications because a feature landmark database can be automatically constructed using the structure-from-motion (SfM) technique. However, the previous method cannot work in real time because it entails a high computational cost or matching landmarks in a database with image features in an input image. In addition, the accuracy of estimated camera parameters is insufficient for applications that need to overlay CG objects at a position close to the user's viewpoint. This is because it is difficult to compensate for visual pattern change of close landmarks when only the sparse depth information obtained by the SfM is available. In this paper, we achieve fast and accurate feature landmark-based camera parameter estimation by adopting the following approaches. First, the number of matching candidates is reduced to achieve fast camera parameter estimation by tentative camera parameter estimation and by assigning priorities to landmarks. Second, image templates of landmarks are adequately compensated for by considering the local 3-D structure of a landmark using the dense depth information obtained by a laser range sensor. To demonstrate the effectiveness of the proposed method, we developed some AR applications using the proposed method.