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AR增强现实技术

时间:2012-09-07 09:56:44 来源:中视典数字科技

 

增强技术简介

增强现实技术出现于上世纪70年代,随着本次国际图书博览会上,中华商务的AR技术现场演示,再次将这一技术推向高潮。

增强现实技术即AR(Augmented Reality),也被称之为混合现实,人机互动技术。它通过电脑技术,将虚拟的信息应用到真实世界,真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间,它不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来,两种信息相互补充、叠加。

混合现实介于真是环境与虚拟环境中,而AR技术更接近于真实环境一端,利用计算机生成的数据可以增强真实环境。

AR根据当前位置(GPS),和视野朝向(指南针)及手机朝向(方向传感器/陀螺仪),在实景中(摄像头)投射出相关信息并在显示设备(屏幕)里展示。其实现的重点在于投影矩阵的获取。

增强现实技术的发展

介绍增强现实(AR)前,需先简单了解一下虚拟现实(VR)技术。
虚拟现实是从英文Virtual Reality 一词翻译而来,简称VR。VR 技术是采用以计算机技术为核心的技术,生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境,用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互,相互影响,从而产生亲临真实环境的感受和体验。

典型的VR 系统主要由计算机、应用软件系统、输入输出设备、用户和数据库等组成。计算机负责虚拟世界的生成和人机交互的实现;输入输出设备负责识别用户各种形式的输入并实时生成相应的反馈信息;应用软件系统负责虚拟世界中物体的几何模型、物理模型、行为模型的建立,三维虚拟立体声的生成,模型管理及实时显示等;数据库主要用于存放整个虚拟世界中所有物体的各个方面的信息。

VR技术与三维动画技术的本质区别在于其交互性上。三维动画技术是依靠计算机预先处理好的路径上所能看见的静止照片连续播放而形成的,不具有任何交互性,即不是用户想看什么地方就能看到什么地方,用户只能按照设计师预先固定好的一条线路去看某些场景,用户是被动的;而VR 技术则通过计算机实时计算场景,根据用户的需要把整个空间中所有的信息真实地提供给用户,用户可依自己的路线行走,计算机会产生相应的场景,真正做到“想得到,就看得到”。

根据VR 技术对沉浸程度的高低和交互程度的不同,将VR 系统划分了4 种类型:沉浸式VR 系统、桌面式VR 系统、增强式VR 系统、分布式VR 系统。

增强式VR 系统简称增强现实(Augmented Reality),就是我们经常说的在手机上应用比较多的AR了。它既允许用户看到真实世界,同时也能看到叠加在真实世界上的虚拟对象,它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统。AR中真实物体和虚拟物体与用户环境必须无缝结合在一起,而且真实物体和虚拟物体之间还要能够进行交互,这样才能实现真正的虚实融合。因此增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维定向的新特点。

 一个AR系统需要有显示技术、跟踪和定位技术、界面和可视化技术、标定技术构成。

 跟踪和定位技术与标定技术共同完成对位置与方位的检测,并将数据报告给AR 系统,实现被跟踪对象在真实世界里的坐标与虚拟世界中的坐标统一,达到让虚拟物体与用户环境无缝结合的目标。为了生成准确定位,AR系统需要进行大量的标定,测量值包括摄像机参数、视域范围、传感器的偏移、对象定位以及变形等。

在实际开发的时候其实android系统已经将投影矩阵封装的比较好了,可以通过接口直接获取投影矩阵,然后将相关的坐标转换算成相应的坐标就可以了。
移动增强现实系统应实时跟踪手机在真实场景中的位置及姿态,并根据这些信息计算出虚拟物体在摄像机中的坐标,实现虚拟物体画面与真实场景画面精准匹配,所以,registration(即手机的空间位置和姿态)的性能是增强现实的关键。移动AR的运作原理可以以下面这个图示简单来说明:

 

 

需要准备的:显示器、摄像头、书本

显示器分类:用于AR的显示器有头盔显示器、手持显示器和投影显示器。

增强技术在印刷上的应用

据中华商务相关负责人介绍,AR增强现实技术借助于三维显示技术、交互技术、多种传感技术、计算机视觉技术以及多媒体技术把虚拟对象与真实环境相互补充、叠加,增强用户对真实环境的理解,此种技术用于图书,可以增加读者的兴趣,使得读者与图书的交互性增强。

增强现实技术应用领域:

* 医疗领域:医生可以利用增强现实技术,在虚拟与现实之间轻易地进行手术部位的精确定位。

 * 军事领域:作战队伍可利用增强现实技术,进行方位的识别,获得目前所在地点的地理数据等重要军事数据。

 * 古迹复原和数字化文化遗产保护:文化古迹的信息以增强现实的方式提供给参观者,用户不仅可以通过HMD看到古迹的文字解说,还能看到遗址上残缺部分的虚拟重构。

 * 工业维修领域:通过头盔式显示器将多种辅助信息显示给用户,包括虚拟仪表的面板、被维修设备的内部结构、被维修设备零件图等。

 * 网络视频通讯领域:该系统使用增强现实和人脸跟踪技术,在通话的同时在通话者的面部实时叠加一些如帽子、眼镜等虚拟物体,在很大程度上提高了视频对话的趣味性。

 * 电视转播领域:通过增强现实技术可以在转播体育比赛的时候实时的将辅助信息叠加到画面中,使得观众可以得到更多的信息。

 * 娱乐、游戏领域:增强现实游戏可以让位于全球不同地点的玩家,共同进入一个真实的自然场景,以虚拟替身的形式,进行网络对战。

 

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