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移动加强现实要害技巧及研究

时间:2012-10-23 10:15:49 起源:中视典数字科技

加强现实是随着盘算机图形技巧¶••⊿可视化技巧以及光电成像技巧等一系列技巧的发展在近年涌现的,虚拟现实营造一个和用户周围环境完整不同的由盘算机生成的虚拟场景,而加强现实则是把盘算机生成的虚拟物体或文字信息叠加到真实的环境中,加强现实在虚拟环境和真实环境之间搭起了一个桥梁••。

是一个范例的加强现实场景,用户借助手机¶••⊿平板电脑等智能终端显示设备自带的摄像头视察周围的真实环境,在其手持的智能终端显示屏上除了可以看到其周围的真实环境之外,还可以看到由盘算机生成的虚拟赞助信息,如最近的麦当劳在哪个地位,这可以通过在周围环境上叠加一个汉堡来表现附近有一家麦当劳店••。当用户来到一个陌生城市,如果要找最近的地铁站,可以通过手机摄像头扫描周围环境来得知最近的地铁站或其他一些感兴趣的地点在哪个地位••。除了在工业¶••⊿医疗等领域具有十分广泛的利用,近年来加强现实在军事领域也有非常广泛的利用••。在本次国防电子展上展出了一套单兵作战系统,借助摄像机和头盔显示器士兵在视察战场环境时可以看到例如敌方的火力点等很多提示信息••。在夜晚和恶劣气象情况下这套系统具有重要作用,可以更好的掩护士兵,使得士兵能够更好地地完成作战任务••。

近年来加强现实技巧得到了很大的发展,图2是一些范例的加强现实利用,在体育转播时,借助加强现实技巧可以把运发动的名字或者所做国家的国旗叠加在跑道上,由于事先已经获取了摄像机以及赛场环境的正确参数,可以保证在实时转播时由盘算机所添加的虚拟物体或者文字信息天衣无缝的融合到当前环境中••。除了体育转播以外,现在很多的演出中也利用了加强现实技巧••。

加强现实的另外一个范例利用是运行在手机上的一个智能感知系统••。例如借助加强现实技巧,当用户达到一个陌生的环境需要获取信息时,通过举起手机拍摄周围环境,所有的陌生文字都可以变成其熟悉的语言••。在商业区举起手机拍摄就可以很快找到最近的快餐店的地址••。当想知道气象时,只需要拍摄一下天空,就可以获得气象的信息••。

移动加强现实系统所需要解决的

一系列要害技巧

移动加强现实系统由硬件和软件两部分构成••。硬件部分重要包含可以把用户当前所处的真实环境和盘算机所生成的虚拟物体以及文字同时进行显示的显示载体,这既可以是单兵作战系统中的头盔显示器,也可以是用户手持的智能手机或者是平板电脑••。除了融合显示装置外,还需要懂得用户意图的人机交互设备,因为系统需要知道用户现在的需求是什么,采用传统的键盘鼠标无法实现这样的人机交互,需要采用包含语音辨认¶••⊿眼动跟踪¶••⊿身材动作跟踪等一系列的自然交互手段••。此外还需要硬件盘算平台来完成融合显示¶••⊿虚拟物体的绘制以及人机交互等一系列的复杂运算••。除了上述硬件平台之外还需要一系列软件的支撑,包含辨认当前用户所看到的场景中的物体种类以及物体具体地位的辨认和跟踪软件,把虚拟的三维物体进行实时的绘制和融合显示的三维图形渲染绘制软件,这些硬件和软件平台一起构成了移动加强现实系统••。

目前有三种方法可以实现移动加强现实系统,包含基于头盔式显示器的移动加强现实系统¶••⊿基于手持投影仪的移动加强现实系统以及基于智能手机¶••⊿平板电脑等便携智能终端的移动加强现实系统••。

尽管移动加强现实系统已经显示出了在诸多领域中广泛的利用远景,但是由于技巧条件和成本的限制,和大规模的推广利用尚有必定的距离,目前比较成熟的利用大多集中在军事¶••⊿医疗等对价格不是特别敏感的领域••。

目前制约移动加强现实系统性能的因素重要包含以下两个方面,一是移动盘算平台的盘算资源¶••⊿电池的寿命和重量的限制••。二是户外场景复杂多变的因素,由于户外存在光照的变更以及遮挡等问题,同时用户在户外的场景中自由移动,事先无法预测用户的轨迹,而环境又会有阴晴雨雪变更,所有这些不可控的因素制约了移动加强现实技巧的利用••。

开发移动加强现实需要攻克以下六项要害技巧:

一¶••⊿高效便携的终端定位系统,为了获得用户在环境中的正确地位,完成对用户在环境中的准断定位,目前有几种方法可以实现,当用户携带手机时,通过移动网络可以对用户进行粗略定位,可以记载用户在网络中的一个历史轨迹,通过这样的一系列的历史数据,在服务器端可以对用户当前的地位有一个相对准确的估计,这些的复杂运算是在服务器端实现的,借助服务器端壮大的盘算能力,可以在不占用移动端过多资源的情况下获取正确的定位••。

二¶••⊿移动终端和多核工作站之间不同盘算能力设备间的任务协同••。为了实现移动加强现实系统,要完成非常多复杂的运算,包含对用户地位的跟踪¶••⊿渲染¶••⊿绘制等,这些复杂的运算任务要在移动终端和系统的服务器中进行和谐,目前的解决方案是把一部分工作放在手机端由手机实现,而将另外一部分复杂运算放在服务器中实现••。

三¶••⊿海量目标的准确辨认••。在生活中有时我们盼望能够知道用户面前的建筑物是什么,用户面前的车是什么型号,目前有多种方法实现这样的功效••。为了辨认出这些物体,可以通过提取对象的轮廓特点¶••⊿纹理特点等来辨识••。由于户外环境的复杂多变,单一的特点很难实现百分之百的辨认,为此在移动加强现实系统中,通过多特点融合进行物体辨认,例如对于同一个用户眼前的建筑物,首先提取它的多种特点,通过融合多种特点来更加详尽的对目标加以辨认和描写••。

四¶••⊿六自由度跟踪定位,即知道用户在环境中是在向哪个方向看以及断定用户所处的地位,所采用的方法是事先在盘算机存储部分已经标好的图像,当实际用户应用的时候,通过将拍摄到场景中的图像和事先存储的图像进行匹配可以获得正确的六自由度信息••。

五¶••⊿多传感器数据融合••。目前移动智能终端带有多种传感器,在实际应用中即可以通过盘算机视觉技巧对摄像头所拍摄的环境物体进行跟踪,也可以采用惯性传感器进行姿势跟踪,通过融合多个传感器的输出可以获取更加正确的跟踪成果••。

六¶••⊿真实¶••⊿高效的3D渲染••。为了实现移动加强现实系统,还需要把生成的三维物体正确的绘制到当前的场景中,考虑到移动终端资源的限制,需要绘制算法能够尽可能简化,解决的方法之一就是简化传输数据的冗余性,从而实现真实高效的三维渲染••。

下面介绍国外的范例利用••。图3所示是加强现实浏览器,用户只需要在手机上选择一个频道,在拍摄周围环境的时候,用户所有感兴趣的信息都会主动涌现在屏幕上••。比如在选择餐饮的时候,周围的所有的饭店的符号都会涌现在屏幕上,用户可以通过点击屏幕看到对应的评价,甚至可以下载饭店的优惠券••。

移动加强现实在博物馆导览方面也有很好的利用••。博物馆供给了非常多的展品,但目前所有展品的标签所供给的信息都是有限的,用户到博物馆参观时盼望知道展品背后的故事••。借助移动加强现实技巧,用户进入到博物馆时可以在手机高低载一个软件,当用户在博物馆内进行游览时当用户看到感兴趣的展品,通过手机屏幕浮现和这个展品有关的文字¶••⊿图片以及视频等信息可以加强用户对展品的认识••。

移动加强现实在电子商务方面也有很多的利用,例如近年来在北京地铁站涌现的虚拟购物超市,消费者只要通过手机拍摄想要购置的物品并发送给服务商,就可以享受到送货上门的服务••。

移动加强现实在教学培训上也有广泛的利用,国外开发了一款在iPhone上的运行的软件,可以在实际的电路上通过三维显示的方法来叠加学生需要搭建的电子元器件来领导学生进行电路的搭建••。在化学¶••⊿地理等等一些教学中,通过对三维的分子结构以及三维的空间星系进行加强显示可以加深对这些知识的懂得••。

在导航导览方面加强现实具有更加广泛的利用,目前国外新开发的GPS软件上已经利用了加强现实,当把这样一款GPS安置在驾驶的车辆上,就会看到前方的道路地面叠加出了方向箭头,可以实时指引驾驶员,通过这样的可视化手段为用户供给了非常好的应用感受••。

在本届国防电子展上也有多款产品利用了加强现实技巧,例如晚上驾驶照明条件不好时,可以借助红外传感器视察周围环境,然后把加强后的路况借助加强现实技巧显示在风挡玻璃并后正确的叠加在驾驶员前方的道路上,从而加强用户对环境的懂得••。

加强现实在商业广告方面也有很多的利用,Ibutterfly是一款下载在iPhone上的AR利用,是旅游和餐饮业的一个很好的宣传平台••。在娱乐游戏方面,加强现实可以把用户周围的真实场景变为游戏场景,而在社交网络利用上,加强现实技巧可以方便用户与好友进行在线交换••。

近年来加强现实在古迹重建及导览方面也有很多的利用,例如用户到圆明园进行游览时可以通过加强现实技巧看到圆明园被烧毁之前的壮美建筑,加深对古迹现场的懂得••。

发展方向

移动加强现实的一个发展方向是基于投影仪的移动加强现实系统••。尽管目前手机屏幕越来越大,但是不可能无穷增大,同时大的显示屏幕对于电池是一个非常大的考验••。美国MIT开发的移动加强现实系统借助微型的投影仪把加强信息投到用户手上以及用户浏览的报纸上,同时用户可以通过不同的手部动作和投射出的影像进行交互,通过投影机可以把用户周围任何的平面¶••⊿曲面都变成显示表面,可以赞助用户更好的工作和生活••。

移动加强现实的另外一个发展方向就是对智能信息的发掘,通过对用户消费习惯以及行动习惯的分析,移动加强现实系统能够在适当的时候给用户一个最好的建议,这样的系统有赖于对原始数据的智能发掘,信任随着技巧的发展,不久的将来,移动加强现实技巧将很快走入生活,从而更好的服务于我们的生活••。

起源:畅享网

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