增强现实中真实感图形的绘制研究

论文摘要

增强现实技术(Augmented Reality)通过在真实环境中“叠加”虚拟信息来增强用户对客观场景的感知能力。自20世纪90年代初兴起以来,AR研究已经取得了长足的进步,众多原型系统的研制开发促进了AR技术的应用。然而,由于这些系统虚拟信息表现力不够丰富,很难与客观环境达到真实感的交互效果,使得AR的应用受到一定制约。本文以AR中真实感图形绘制为研究对象,以实现虚拟信息真实感的外在表现力和虚实自然交互效果为研究目标,围绕真实感绘制算法,开展了以下几个方面的研究:1.通过对增强现实原型系统的研究和真实感绘制方法的分析,认为建立虚拟物体表面丰富的纹理细节及实现虚实物体之间正确的遮挡效果是真实感图形绘制的关键。2.从增强现实中真实感纹理需求分析出发,阐述了纹理映射算法的一般步骤,从纹理初始化、虚拟图形绘制和纹理映射三方面分析并实现了基于纹理映射的真实感表面绘制算法,最后给出了实验结果及分析。3.通过对增强现实中几类典型的遮挡算法的分析比较,结合增强现实应用对运动遮挡物和实时剔除的需要,提出一种基于图形技术的真实感遮挡算法。从遮挡物特征提取、帧缓存处理和剔除处理三个方面详细阐述了算法实现,并与典型遮挡算法进行了对比分析。4.开发了一套基于图形技术的真实感遮挡系统,从系统的硬件构架、总体流程和开发平台三方面详细阐述了系统实现,通过实验描述了系统的实现过程,并对实验结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景和现状
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 本文安排
• 第二章 真实感图形绘制概述
• 2.1 真实感图形绘制定义
• 2.2 图形绘制管线
• 2.3 图形绘制真实感评价标准
• 2.4 真实感图形绘制技术
• 2.4.1 建模绘制技术
• 2.4.2 表面绘制技术
• 2.4.3 光照绘制技术
• 2.4.4 实时绘制技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于纹理映射的真实感表面绘制
• 3.1 真实感纹理分析
• 3.2 纹理映射算法一般步骤
• 3.3 基于纹理映射的真实感表面绘制算法及实现
• 3.3.1 纹理初始化
• 3.3.2 图形绘制
• 3.3.3 纹理映射
• 3.4 实验结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于图形技术的真实感遮挡算法研究
• 4.1 典型遮挡剔除算法及其改进讨论
• 4.1.1 遮挡物计算
• 4.1.2 虚实位置关系确立
• 4.1.3 虚拟物体遮挡部分解决
• 4.2 基于图形技术的真实感遮挡算法
• 4.2.1 算法概述
• 4.2.1.1 遮挡剔除算法
• 4.2.1.2 算法总体流程
• 4.2.2 遮挡物特征提取
• 4.2.2.1 标志物识别
• 4.2.2.2 标志物特征计算
• 4.2.2.3 遮挡物特征计算
• 4.2.2.4 确立虚实位置关系
• 4.2.3 帧缓存处理
• 4.2.3.1 帧缓存技术
• 4.2.3.2 遮挡物生成
• 4.2.3.3 遮挡物透明处理
• 4.2.3.4 虚拟物体绘制
• 4.2.4 剔除处理
• 4.3 算法对比分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于图形技术的真实感遮挡系统实现
• 5.1 系统实现
• 5.1.1 系统硬件构架
• 5.1.2 系统总体流程
• 5.1.3 系统开发平台
• 5.1.4 系统实现过程描述
• 5.2 系统性能分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的成果