增强现实技术研究现状及发展趋势

 增强现实技术将虚拟信息与真实环境融合起来,并通过显示设备将其呈现在用户所在的现实世界中,同时为用户提供自然的人机交互体验。本文综述了增强现实系统中的关键技术研发进展,论述了其在工业制造、医疗、军事、游戏、教育等领域现实中的应用,并展望了增强现实技术的发展趋势。     

增强现实中跟踪预测方法的研究

为提高增强现实系统中标记跟踪注册的实时性,基于视频帧图像块匹配运动估计方法,通过连续帧间运动相关性预测标记运动方向,在预测方向区域检测标记,降低了全帧检测标记的时间复杂性。基于ARToolKit,验证了本方法可显著提高标记跟踪的时间性能。     

基于投影红外标志点的室内大范围增强现实跟踪方法

提出一种基于投影式红外标志点的方法用于室内大范围增强现实跟踪注册.设计一种红外投影装置与红外激光发射器配合作为红外标志点发生器.采用红外摄像机采集红外图像,另一摄像机采集真实场景.提出利用解决同时定位与地图生成的SLAM方法,对红外图像进行分析,由一个初始已知标志点开始,跟踪投影在墙面或天花板上的其他红外标志点.由扩展卡尔曼滤波算法得到红外摄像机位姿,进而完成三维注册.实验证明该方法原理可行,能够满足实时跟踪注册的要求.     

基于ARToolKit的增强现实系统的研究、开发及应用

介绍了增强现实系统的一个开发工具ARToolkit,讨论了基于视觉的增强现实系统的关键技术,并给出了其开发流程,最后介绍了增强现实系统在工业中的应用.     

增强现实技术及其军事应用

增强现实技术是近年来在虚拟现实技术基础上发展起来的一个新兴研究领域,在很多商业领域具有十分广泛的应用,但在军事应用领域还未引起足够重视.因此,通过研究现有增强现实系统的关键技术及设备的进展情况,分析得出了其在军事上的需求,初步探讨了其在军事信息领域的发展方向,展望了其在信息化战场上的应用前景,最后从需求及应用角度出发阐明了增强现实技术在军事上的重要性.     

一种基于自然特征点的增强现实注册方法

介绍了一种基于自然特征点的增强现实注册方法．根据计算机视觉的理论,在透视变换的情况下,一个景物平面与一个图像平面之间的变换是平面投影变换．通过这个原理就可以推导出投影矩阵在满足一定条件下可由单应矩阵得到．根据这个原理,首先通过一个景物平面和图像之间的单应得到初始状态相机的投影矩阵,然后对后面每帧图像和前一帧进行自然特征点匹配,通过匹配点对计算出图像之间以及图像与景物平面的单应关系,由此就可以得到每一帧图像对应的相机的投影矩阵,从而完成虚拟物体的注册．     

基于光学跟踪器的增强现实系统

本论文针对一种基于光学跟踪器的增强现实系统展开研究。包括基于光学跟踪器的增强系统的设计原理和整体架构分析,以及标志点的设计方法等。实验结果表明,该系统增强显示效果良好。     

增强现实系统的动态注册

增强现实是虚拟现实的一个重要分支,有着广泛的前景与应用价值,增强现实系统中最关键的技术是三维注册,为实现虚拟物体与真实物体间的完美结合,三维注册精度至关重要,由于系统延时造成虚拟物体在真实物体附近游移,严重地影响系统的整体注册精度,针对该问题采用扩展卡尔曼滤波方法跟踪标志点,估计头部运动方位,对增强现实系统进行动态注册,以减少系统延时,提高三维注册精度,该算法实时性强,能够较好地解决增强现实系统延时造成的注册误差。     

两种基于标识的增强现实注册方法的比较

介绍了两种基于标识的增强现实开发包ARToolKit和ARTag.从标识定位错误发生率、标识混淆错误发生率和系统运行速度等方面,通过试验对两个系统的表现进行了比较,并从算法和原理上阐述了表现差异的原因,给出了试验结果.对基于标识的增强现实系统应用进行了展望.     

基于自然特征的增强现实注册算法

增强现实标志点注册算法需在场景中叠加各种标志,系统构造复杂.文中在深入研究机器人视觉伺服系统的基础上,提出了利用虚拟视觉伺服技术、基于自然特征的增强现实注册算法.利用特征点和图像矩作为图像特征,推导出了图像特征变化量与虚拟摄像机相对位姿变化量之间的关系矩阵(即图像的雅可比矩阵),实现了基于自然特征的三维注册算法.与混合跟踪注册算法、共面四点注册算法相比,文中方法具有更高的精度.     

基于增强现实技术的圆明园现场数字重建

增强现实(AR)技术是在虚拟现实技术的基础上发展起来的新兴研究领域,是一种利用计算机产生的附加信息对真实世界的景象增强的技术。AR系统的用户可以在看到真实环境的同时看到计算机产生的与之融合的文字、图片或虚拟物体的三维模型。阐述了AR 系统的基本组成和关键技术,介绍了用于圆明园现场数字重建的3种增强现实系统,即定点观察式、手持个人数据助理(PDA)式和基于头盔显示器(HMD)的可穿戴式增强现实系统。阐述了各系统的结构和原理,详细说明了定点观察式系统的研制现状及初步实验结果。     

基于虚拟现实技术的数字图书馆发展趋势研究

数字图书馆是图书馆现代化的产物,通过对数字图书馆和虚拟现实技术进行分析,探讨了两者之间的关系,阐述了两者结合形成虚拟图书馆的发展必然性,并对当前存在的基于虚拟现实技术的数字图书馆进行了介绍,给出了当前虚拟现实数字图书馆中存在的问题、局限性和发展趋势。     

增强虚拟现实技术研究及其应用

增强虚拟现实技术,简称增强现实(augmented reality,AR)技术,是根据信息技术发展和实际应用需要而出现的一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术.首先,简略介绍AR的概念及其发展情况,并根据已有的研究成果给出一个典型AR系统的软、硬件架构;然后,详细阐述AR的关键技术和相关理论,总结目前AR技术在各个领域中的应用,详细介绍课题组在AR应用系统开发过程中所做的重要工作;最后,分析当前AR应用中存在的难点问题,并展望AR技术的发展趋势和前景.     

一种适用于大规模的改进PageRank算法

在经典PageRank算法的基础上,提出了一种适用于大规模网页链接结构的改进PageRank算法-LSIPR。该算法利用大规模网页链接邻接矩阵的稀疏性,巧妙地使用了细胞数组,缩短了算法的计算时间和乘幂迭代的迭代次数。通过仿真实验表明,同改进PageRank算法、幂迭代PageRank算法和修正PageRank算法相比,LSIPR算法在大规模网页排名方面具有很好的收敛性,可以满足工程化应用的需求。     

基于快速响应码的移动增强现实系统的研究

快速响应码QR(Quick Response Code)是一种信息隐藏量大且使用广泛的编码,通过使用QR码代替传统的增强现实标识,并使用基于灭点的空间校正算法实现对QR码的倾斜校正,提出了一种改进的基于QR码的移动增强现实系统.在此基础上使用ARTool Kit和ZXing开发了原型系统,验证了基于QR码的移动增强现实系统的广泛前景.     

增强现实环境下的FreeForm空间遥操作研究

人类在复杂环境中执行操作任务时,往往存在很多危险。空间遥操作技术实现让操作人员操控异地的设备,远离危险,在安全的环境中完成各种操作。然而,空间遥操作技术存在通讯时延,为了解决这一问题,通常使用增强现实技术对遥操作系统构建虚拟预测环境。目前,一般的增强现实技术只能对人的视觉系统进行影像增强或视野扩张,无法对触觉进行有效地模拟或仿真。本文提出将FreeForm触觉式设计系统与增强现实技术结合的方法,弥补这一缺陷。     

基于增强现实的鼻内窥镜手术导航系统

针对目前传统鼻内窥镜手术过程中易引发并发症的问题,提出了一种基于增强现实技术的鼻内窥镜手术导航系统.系统将病人脑组织、眼球及血管等三维模型实时叠加到内窥镜的手术视野中,在手术过程中对医生进行指引和提醒,此种方式能够减少鼻内窥镜手术并发症的发生.术前对病人进行CT或MRI扫描,并对扫描结果分割重建获得病人颅内组织或器官的三维模型;再用三维扫描仪扫描获得病人面部数据.采用DLT算法将CT坐标系及光学跟踪器坐标系分别与三维扫描仪坐标系进行配准.术中使用光学跟踪器对手术器械进行实时跟踪,利用配准结果完成虚实融合叠加.通过实际实验验证,系统精度达到亚毫米级,能够满足实际手术操作的需要.