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1、基于计算机视觉的虚实场景合成方法研究与应用2009年第2朗计算机与现代化JISUANJlYU)(IANDAIHUA第162{cfJ文章编号:1006—2475(2009)02-0139-04基于计算机视觉的虚实场景合成方法研究与应用肖娟(武汉工业学院电气信息工程系,湖北武汉430023)摘要:开发了一种虚拟场景与实时视频之间的合成技术,成功地将该技术应用于虚拟规划系统中,详细介绍了系统所采用的基于计算机视觉的标识识别和实时,自动摄像机位置,姿态跟踪算法,并给出了系统运行结果.关键词:虚拟现实;混合现实;计算机视觉中图分类号:TP
2、391文献标识码:AResearchandApplicationofMethodforSynthesizingVirtualandRealSceneUsingComputerVisionTechniqueXIA0Juan(ElectricandInformationEngineeringDepartment,WuhanPolytechnicUniversity,Wuhan430023,China)Abstract:Tiffspaperintroducesanewmethodtosynthesizevirtualandrealsc
3、eneusingcomputervisiontechnique.Themethodisusedinvirtualplansystems.Afterintroducethesystemarchitectureandworkflow,itmainlydiscussesthemarkerrecognitionmethodandcalibration—freeregistrationmethod.Keywords:virtualreality;mixedreality;computervision0引言虚拟现实技术的最终目的是使用户完全
4、沉浸在一个由计算机生成的虚拟环境中,该技术已经被成功地应用到军事,教育,娱乐等众多领域.随着应用的增多,虚拟现实技术的缺陷也逐渐暴露出来,主要表现在如下两个方面:(1)虚拟现实中的场景完全由计算机生成,随着绘制场景真实程度的提高,对系统硬件配置的要求也相应提高,从而形成了绘制效果和实时性两个同等重要又难以同时解决的问题.(2)交互方式受限.鼠标,键盘等传统输入设备并没有提供给用户一种直观自然的交互方式,而数据手套等较为昂贵的外围设备不仅使用起来不方便,而且对工作范围也有一定的限制.混合现实技术的出现很大程度上解决了以上两个问题,
5、它将计算机生成的虚拟场景,提示信息实时叠加到用户所能观察到的真实世界当中,并以此来增强用户视觉感受.在混合现实环境中用户所能观察到的主体是来源于真实世界的图像信息,虚拟场景只起到辅助,提示作用,因此不需要真实感图形绘制所需的高端的硬件配置.另一方面,由于图像信息来源于真实世界,这就使得用户本身能够很自然地融合到整个系统中,并且能够以一种自然,直观的方式与系统交互,而不必添加额外的硬件设备.正是由于以上特性,混合现实技术已经被应用到众多领域当中,而且能够比虚拟现实更好地完成某些任务,如交互式规划,动态虚拟展示等.一个实用的混合现实
6、系统所必须具备的特性之一是几何一致性,即系统必须实时准确地判断摄像机相对于真实世界的位置和姿态.以便将虚拟场景正确地叠加到真实世界的具体位置上,使得用户从感官上认为虚拟场景确实是真实世界的一部分.传统的方法是利用硬件设备(电磁式,机械式跟踪系统)来获取摄像头位置信息,但这些方法不仅工作范围受限,而且求得的结果也不够精确.本文采用当前流行的基于计算机视觉的方法来获取位置信息,事实证明该方法是有效,可行的.收稿日期:2008-02.13作者简介:肖娟(1975一),女,湖南衡阳人,武汉工业学院电气信息工程系讲师,硕士,研究方向:信息
7、传输与处理.计算机与现代化2009年第2期系统结构及工作流程笔者构建了一个如图1所示的混合现实原型系统,主要由如下几个部分组成:(1)平面标识块:一个带有黑色边框的正方形.尺寸,内部图案由用户定义,主要功能是使系统能够根据实际图像中标识的变形来计算虚实配准所需的位置,姿态信息,同时还可以用不同的内部图案代表不同的虚拟场景,以增强系统的实用性.(2)图像采集设备(摄像机):主要完成实时视频采集功能.(3)图形渲染系统:生成与视频合成所需的虚拟场景.(4)虚实合成:利用摄像机位置,姿态信息将视频与虚拟场景相融合.(5)显示设备:包括
8、头盔式显示器以及桌面台式显示器,用以将虚实合成的影像展现给使用者.'图1系统结构系统运行过程中,首先将采集到的一帧彩色图像转换成一幅二值(黑白)图像,然后对该二值图像进行连通域分析,找出其中所有的四边形区域作为候选匹配区域,将每一候选区域与模板库中的模板进行匹配
