AR VR技术研究及其应用.ppt

1 增强现实技术 研究及其应用 2 ? 概念 ? 增强现实 VS 虚拟现实 ? 增强现实系统 ? AR 技术的发展与研究现状 ? AR 关键技术 ? 应用实例 主要内容 3 ? 增强现实（ Augmented Reality ， AR ）是虚拟现实技术（ Virtual Reality ， VR ）的一个重要分支，也是近年来的研究热点 ? 将计算机生成的虚拟物体或其它信息叠加到真实场景中，从而实现 对现实的“增强” ? 综合了计算机图形、光电成像、融合显示、多传感器、图像处理、 计算机视觉等多门学科 一、概念 4 一、概念 5 ? VR 强调的是虚拟世界给人的沉浸感，强调人能以自然方式与虚拟世 界中的对象进行交互操作 ? AR 则强调在真实场景中融入计算机生成的虚拟信息的能力，它并不 隔断观察者与真实世界之间的联系。 ? AR 具有较低的硬件要求、更高的注册精度、更具真实感 二、增强现实 VS 虚拟现实 虚拟现实场景 增强现实场景 6 ? 虚实结合 ? 实时交互 ? 三维注册 三、增强现实系统 7 ? 90 年代以前， AR 的概念还比较模糊； 90 年代是 AR 技术迅速发展的 10 年。比较有名的研究机构有： ? 美国麻省理工大学的图像导航外科手术室 ? 哥伦比亚大学的图形和用户交互实验室 ? 日本的混合现实实验室 ? 德国的 Arvika 组织 ? 新加坡的混合现实实验室 ? 此外，用于快速开发的开源软件工具 ARToolkit 也由华盛顿大学的图 形实验室成功开发并维护至今 四、 AR 技术的发展与研究现状 8 ? 原有的研究领域拓展到多个新的领域，如城市规划、娱乐教育、工 业仿真、文化遗产保护等 ? AR 系统由简单的桌面式扩展到户外可携带型、空间体验型 ? 显示设备也从头盔显示器延伸到大型可触摸式、桌面投射式和便携 式 四、 AR 技术的发展与研究现状 增强现实显示器仍相当笨重，但开发人员相信 他们可以开发出类似眼镜的显示器 9 ? 我国在 AR 领域的研究起步较晚，研究机构主要集中在高校的科研 单位 ? 北京理工大学 ? 北京航空航天大学 ? 国防大学 ? 浙江大学 ? 上海大学 ? 从国内发表的论文来看，主要集中在系统应用和配准技术上，研究 的问题比较单一、涉及面比较窄 ? 另外，从专利申请的情况看，全球共有 108 个，这之中我国仅有北 京理工大学的一个 （ 2008 年数据） 四、 AR 技术的发展与研究现状 10 ? 目前国内 AR 的研究成果主要有： ? 北京理工大学自主研制了视频、光学穿透式两类头盔显示器 ? 北京理工大学利用 AR 技术重建圆明园的实验也取得了重要进展 ? 上海大学快速制造工程中心与浙江大学合作开发了 AR 场景光源的实时检测 和真实感绘制框架 ? 此外，在城市规划、地下管网、地理信息系统等领域也有相关的研究 四、 AR 技术的发展与研究现状 11 四、 AR 技术的发展与研究现状 真实场景 增强现实场景 视频透视式头盔显示器 光学透视式头盔显示器 12 五、 AR 关键技术 虚实物体配准 显示技术 真实感绘制技术 13 ? 虚实物体配准 ? 对真实场景图像和计算机生成的虚拟物体进行无缝合成是实现 AR 的首先目 标 ? 其实质是将两者“对齐”的过程，即：先根据真实物体确定虚拟物体与观 察者之间的关系，然后通过正确的投影将虚拟物体投影至观察者的视域范 围 ? 要求正确（无延时）、快速（精确、无抖动）、鲁棒（不受光照、遮挡、 物体运动的影响） 五、 AR 关键技术 14 五、 AR 关键技术 几何配准方法 原理 优点 缺点 基于硬件跟踪器的配准 技术 据信号发射源和感知器获取的数据求出物体 的相对空间位置和方向 系统延迟小 设备昂贵、对外部传感器的校准比 较难，且受设备和移动空间的限制， 系统安装不方便 基于视觉计算的配准技 术 根据一幅或几幅真实场景图像反求出观察者 的运动轨迹，从而确定虚拟信息“对齐”的 位置和方向 无需特殊硬件设备，配 准精度高 计算复杂性高，造成系统延迟大； 大多数都用