增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的虛實(shí)配準(zhǔn)方法研究.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality 簡稱AR）技術(shù)是近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景。它是對現(xiàn)實(shí)世界的補(bǔ)充，使得虛擬物體從感官上成為周圍真實(shí)環(huán)境的組成部分。與傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR）不同，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)只是實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)環(huán)境的補(bǔ)充而不是完全替代現(xiàn)實(shí)環(huán)境。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)增強(qiáng)了用戶對現(xiàn)實(shí)世界的感知能力和與現(xiàn)實(shí)世界的交互能力。 虛實(shí)配準(zhǔn)（三維注冊）是任何增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所必須解決的關(guān)鍵問題。它是指系

2、統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)精確的計(jì)算攝像機(jī)相對于真實(shí)世界的位置和姿態(tài)，以便將虛擬場景正確的安置到它應(yīng)所處的位置上?；谟?jì)算機(jī)視覺的三維注冊方法以其精確性高、硬件成本低廉等特點(diǎn)已經(jīng)引起越來越多研究人員的關(guān)注。本文針對當(dāng)前基于計(jì)算機(jī)視覺的三維注冊技術(shù)研究現(xiàn)狀，吸取了計(jì)算機(jī)視覺、多視圖幾何、非線性優(yōu)化理論的最新成果，圍繞三維注冊中的非定標(biāo)配準(zhǔn)方法、基于標(biāo)識與平面自然特征相結(jié)合的注冊以及基于多平面結(jié)構(gòu)自然特征的虛實(shí)注冊等技術(shù)內(nèi)容展開研究與實(shí)踐，目標(biāo)旨在提高

3、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可用性的同時(shí)最大限度保證注冊精度和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。 本文的主要研究工作如下： （1）針對現(xiàn)有基于已知標(biāo)識的三維注冊系統(tǒng)中，要求用戶必須事先確定攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的問題。設(shè)計(jì)一種基于實(shí)時(shí)定標(biāo)策略的虛實(shí)配準(zhǔn)方法，使得系統(tǒng)能夠在運(yùn)行過程中自動求取攝像機(jī)內(nèi)參，提高了三維注冊系統(tǒng)的精確性。 （2）針對當(dāng)前基于標(biāo)識的開發(fā)平臺在標(biāo)識部分遮擋情況下無法完成三維注冊問題，設(shè)計(jì)一種基于標(biāo)識角點(diǎn)與全局單應(yīng)性矩陣相結(jié)合的三維注冊方法

4、，減小幀間積累誤差，增強(qiáng)了系統(tǒng)的健壯性與可用性。 （3）設(shè)計(jì)一種綜合利用標(biāo)識與平面自然特征的三維注冊技術(shù)，在標(biāo)識全部被遮擋情況下利用標(biāo)識周邊區(qū)域的平面自然特征點(diǎn)來完成注冊，可以直接改進(jìn)現(xiàn)有基于標(biāo)識的三維注冊方法的健壯性和可用性。 （4）分析當(dāng)前各種基于自然特征的三維注冊技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出一種能夠利用待注冊場景中的多平面結(jié)構(gòu)來完成注冊的新方法。通過分析不同平面與視線的夾角不同以及視點(diǎn)與不同平面間的距離不同對最終計(jì)算結(jié)果的影