增強現(xiàn)實系統(tǒng)虛實無縫融合相關問題研究.pdf

1、增強現(xiàn)實技術是在虛擬現(xiàn)實技術基礎上發(fā)展起來的一項新技術，是對虛擬現(xiàn)實技術的一種新拓展。增強現(xiàn)實技術的關鍵是將計算機生成的三維虛擬物體同真實場景中的物體無逢融合，從而起到對真實世界信息補充和增強的作用。增強現(xiàn)實技術涉及到計算機科學中的諸多領域，早期的研究大多只是集中在三維注冊問題上，即以提高跟蹤、虛實配準過程的準確性為主要目標。近年來，隨著研究的不斷深入，如何提高增強現(xiàn)實系統(tǒng)畫面的視覺一致性、提供更加逼真柔和的虛實融合界面，成為新的研究熱

2、點。 增強現(xiàn)實技術的無縫融合問題，即一致性融合問題，主要包括幾何一致性和光照一致性兩個方面。本文以提高增強現(xiàn)實系統(tǒng)合成畫面的真實感為目的，分別從幾何一致性和光照一致性兩個方面展開研究，取得了如下研究成果： 1、提高增強現(xiàn)實系統(tǒng)的幾何一致性，首先表現(xiàn)為虛實場景能夠準確對位，這就要求系統(tǒng)必須能夠以盡可能高的精度進行跟蹤注冊。準確的計算多坐標系之間的轉(zhuǎn)換關系、準確的跟蹤頭盔視點的位姿，是跟蹤注冊中的兩個重要環(huán)節(jié)。然而這兩個環(huán)節(jié)

3、中都無可避免的存在測量或計算上的誤差。為此，首先本文對坐標系之間轉(zhuǎn)換關系的計算問題進行擾動分析，并在此基礎上給出了一種初始測量數(shù)據(jù)選取的依據(jù)，使得計算誤差盡可能減?。黄浯吾槍Υ帕Ω櫰鞔嬖诘姆蔷€性誤差，本文運用優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡對其進行非線性誤差校正。 2、隨著系統(tǒng)的不斷改進以及跟蹤需要，我們又增加了雙目視覺傳感器進行跟蹤。對于系統(tǒng)中的兩套跟蹤設備，如何實現(xiàn)兩者的最佳協(xié)同工作模式，成為一個突出問題。對此，本文將模糊積分理論引入到該問

4、題的討論中，提出了基于模糊積分的信息融合算法：根據(jù)系統(tǒng)的特點設定模糊密度、選擇評價因素、設計指標函數(shù)，最后建立了適合本文系統(tǒng)的融合模型，給出了一個雙跟蹤模式的智能融合跟蹤系統(tǒng)，使整個增強現(xiàn)實環(huán)境的跟蹤性能得到提高。 3、真實場景與虛擬物體之間的相互遮擋，能夠為用戶的縱深距離感提供感知線索，同時能夠豐富合成場景的三維層次效果、提高真實感。因此，實現(xiàn)虛實遮擋是增強現(xiàn)實系統(tǒng)幾何一致性問題的另一重要內(nèi)容。目前國內(nèi)外解決該問題的主要思路，

5、是在要求對真實環(huán)境己知的前提下，對真實場景事先建?；蛑谱髂０?。這就需要大量繁瑣的前期工作，而且真實環(huán)境的模型一旦建好，整個增強現(xiàn)實系統(tǒng)的應用環(huán)境也隨即固定，因此系統(tǒng)的可移植性差，而且主要適用于解決剛體物等對象的遮擋問題。對此，本文提出了一種新的虛實遮擋實現(xiàn)算法，該算法避開了以往的慣用思路，而是基于Open InVentor的運行機制，設計了動態(tài)EMO結(jié)點，并對虛擬場景進行分層次建模，同時運用復雜背景下的運動目標提取技術和Alpha通道技

6、術，來實現(xiàn)虛實場景間的多層次相互遮擋。由于該算法不需要對真實環(huán)境事先建模，因此減少了大量的前期工作，而且提高了系統(tǒng)的通用性與可移植性。更重要的是，該算法對于非剛體物對象，也能很好的完成虛實間的相互遮擋。 4、在光照一致性方面，本文提出了基于三維立體標志球的算法，對真實光照環(huán)境進行自動檢測。雙標志球均設計為具有近似理想的朗伯表面，通過標志球表面的圖像亮度變化分析以及空間幾何原理，建立真實光照的自動檢測模型，從而獲得真實環(huán)境的光照信