增强现实的应用技术研究

论文摘要

随着计算机技术的发展,增强现实技术逐渐成为下一代人机接口技术发展的主要方向之一。增强现实技术通过跟踪用户在真实场景中所处的位置,将计算机生成的图形图像以及声音等信息“叠加”在用户感知的真实世界上,使用户可以容易地进入人们本来不能进入的微观世界,以及人们不能直接进入的特殊环境,并为人们的研究工作构造理想的交互环境,比如观察分子立体结构、探索基因芯片本质的增强现实系统等。增强现实技术与计算机图形学、人机交互技术、网络多媒体技术相结合,广泛应用于医学、军事、工业、娱乐等方面。本文首先介绍了增强现实的概念、特征、应用领域,然后,分析了增强现实系统的框架结构,并详细解释了增强现实系统中图像采集、图像分割、注册定位、深度检测、三维模型渲染、虚实融合、用户交互等几个重要模块的功能和相关的算法,如RAC相机两步标定算法。接着详细说明了本文原型系统中相机标定模块、虚拟三维动画模型的渲染模块、动画控制模块、碰撞检测模块、多媒体控制模块中关键技术的实现细节。为了解决用户在交互时将标记遮挡影响了系统稳定性的问题,本文提出了标记具有方向性的观点和识标空间三维立体化的解决方案,使用户可以自然地与系统中的虚拟模型进行交互。基于本文的原型系统,我们开发了数字科技馆的虚拟生物实验室部分和淮扬菜数字文化博物馆的虚拟烹调美食体验馆部分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 增强现实发展动态
• 1.2.1 增强现实发展背景
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.2.3 增强现实的应用
• 1.3 增强现实技术介绍
• 1.3.1 增强现实的支撑技术和特点
• 1.3.2 增强现实与虚拟现实的联系与区别
• 1.4 本文工作
• 1.5 论文结构
• 第2章 基于视觉的增强现实系统框架
• 2.1 系统框架
• 2.2 系统的模块介绍
• 2.2.1 图像采集子模块
• 2.2.2 图像预处理子模块
• 2.2.3 标识识别子模块
• 2.2.4 注册标定子模块
• 2.2.5 深度检测子模块
• 2.2.6 图形绘制子模块
• 2.2.7 虚实融合子模块
• 2.2.8 用户交互子模块
• 2.3 本章小结
• 第3章 三维模型的渲染技术和多媒体控制技术
• 3.1 三维模型的渲染技术
• 3.1.1 VRML建模语言
• 3.1.2 虚拟三维模型的渲染技术
• 3.2 碰撞检测技术和用户交互技术
• 3.3 多媒体控制技术
• 3.3.1 音频文件的渲染与控制
• 3.3.2 视频文件的渲染与控制
• 3.4 本章小结
• 第4章 三维注册技术和识标范围的空间立体化
• 4.1 通用相机模型
• 4.1.1 像平面间的变换
• 4.1.2 三维空间坐标变换
• 4.1.3 透视投影原理
• 4.2 Tsai相机模型
• 4.3 虚拟场景与真实场景的配准
• 4.4 识标空间的立体化
• 4.4.1 标识集的制定
• 4.4.2 多标识注册技术
• 4.5 系统中的GPU加速
• 4.6 本章小结
• 第5章 原型系统
• 5.1 虚拟生物实验室
• 5.2 虚拟烹调美食体验馆
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 进一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 简历