移動增強現(xiàn)實裝配系統(tǒng)的虛實場景融合研究.pdf

1、移動增強裝配(Mobile Augmented Reality Assembly，MARA)是指將移動增強現(xiàn)實技術應用于工業(yè)裝配領域，旨在降低設計成本、提高生產(chǎn)效率。虛實融合即指將計算機渲染的虛擬場景與用戶所處的真實環(huán)境進行疊加，是增強現(xiàn)實關鍵技術之一。評價虛實融合效果的主要標準有是否具有光照一致性和幾何一致性，本文主要關注幾何一致性對虛實融合效果的影響，幾何一致性主要考慮虛實遮擋。虛實遮擋是指根據(jù)虛擬場景與真實場景的正確空間位置關系，

2、呈現(xiàn)出遮擋與被遮擋的效果，主要是實現(xiàn)真實場景對虛擬場景的遮擋。通過虛實遮擋處理可以使得融合場景更具有真實感，從而改善用戶體驗。目前針對虛實遮擋的處理方法通常有基于模型、基于深度及基于圖像分析。本文著重研究在Android系統(tǒng)下通過基于模型的方法實現(xiàn)虛實遮擋處理。
　　首先，實現(xiàn)了基于自然特征點的場景識別及模型注冊。對攝像機完成標定以獲取內部參數(shù)矩陣;通過對三維場景進行特征點提取和訓練完成三維場景識別，針對匹配中的錯誤匹配對進行優(yōu)化

3、處理;對三個體積規(guī)格、結構復雜程度及表面材質不同的目標物進行虛擬模型注冊并對注冊效果進行穩(wěn)定性及魯棒性實驗。
　　其次，完成了虛擬模型在移動端的渲染顯示。研究OBJ模型數(shù)據(jù)結構，并實現(xiàn)在移動端的應用層解析;研究OpenGL ES的管線渲染原理及OpenGL ES渲染成像的坐標系轉換;實現(xiàn)基于OpenGL ES的三維模型光照模型管理，使模型更具有立體感。
　　然后，研究并實現(xiàn)了虛實遮擋處理。針對傳統(tǒng)虛實融合時虛擬場景總是渲染在

4、最頂端以遮擋真實場景的問題設計具有虛實遮擋的融合流程;對系統(tǒng)應用圖層設計，針對場景類型的不同進行分層顯示，實現(xiàn)了對二維虛擬輔助信息的疊加和三維虛擬模型的高效渲染;借助OpenGL ES渲染引擎獲取虛擬場景的深度圖，通過“虛擬替身”獲取真實場景深度圖;通過基于模型的方法進行遮擋處理，實現(xiàn)了三個目標識別物對虛擬模型的遮擋，最終獲取具有正確幾何關系的融合場景。
　　最后，構建一個完整的移動增強現(xiàn)實引導裝配系統(tǒng)，并運行實例。研究了Andr