基于增强现实技术的导航系统研究

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1、基于增强现实技术的导航系统研究　　摘要：采用基于GPS和传感器的增强现实技术以及高德地图接口，设计和开发了导航系统。利用增强现实技术将路线指引和路况合成渲染，并利用手机传感器使指引箭头根据手机姿态的变化而旋转，实时指向正确的前进方向，给予用户更加直观的导航体验。　　关键词：增强现实技术；方向传感器；Android系统　　DOIDOI：10.11907/rjdk.161565　　中图分类号：TP319　　文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2016）009005703　　基金项目基金项目：2015年地方高校国家级大

2、学生创新创业训练计划项目（201510070010）　　作者简介作者简介：宋丽红（1975-），女，天津人，博士，天津财经大学理工学院副教授，研究方向为软件工程、智能信息系统；董静（1975-），女，天津人，博士，天津财经大学理工学院讲师，研究方向为软件工程。　　0引言　　增强现实（AugmentedReality，简称AR）是一种将虚拟物体和真实环境“无缝”8叠加在一起的技术，将在现实世界一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，如视觉信息、声音、味道、触觉等，通过电脑等技术模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类

3、感官所感知，从而获得超越现实的感官体验[1]。相比于虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR），增强现实技术增强了人对真实环境的感知与交互，它具有以下3个特征：①虚实结合：将虚拟物体和现实世界结合在一起，实现感官上的统一；②三维注册：增强现实技术与混合媒体（MixedMedia）的区分点，虚拟物体必须准确地注册到真实世界中，与真实世界完美融合，要求虚拟物体的注册位置是三维的[2]；③实时交互：实时感知用户操作并互动。　　增强现实技术由于具有对真实环境进行增强显示输出的特性，在医疗研究、精密仪器维修、古迹复原、娱乐与

4、艺术等领域具有明显的优势[3]。　　目前大多数智能手机的导航软件都以2D或3D形式提供导航服务，但这些都是通过矢量数据来提供地图导航，满足不了用户获取实时交通路况的需求，用户体验较差。本文提出一种通过手机摄像头获取实时路况，通过高德地图接口获取导航信息，并利用增强现实技术将路线指引和路况合成渲染，以提供更加直观的导航系统。　　1关键技术　　1.1增强现实技术　　增强现实技术在智能手机客户端有两种实现方式：　　（1）基于视觉的增强现实技术。它的识别方式分为基于标志（MarkerBased）和非基于标志（Markerless）两种

5、。其中，基于标志的识别又分为固定模板类和自定义模板类。　　基于标志的主要代表是ARToolKit，其为采用C/C++8语言编写的库。主要原理是预先将标志（Marker）图像信息保存，通过图像识别技术将当前图像中的标志图像识别出来，然后在标识图像上叠加信息[4]。效果如图1和图2所示。　　图1标志图像图2叠加的立方体　　目前，增强现实浏览器魔眼（Junaio）和TradingCard游戏等都采用了这种技术。但这种模板匹配方式的误识别率较高，一旦标志被遮挡将导致跟踪失败，所以不适合运用于户外导航。　　非基于标志的主要代表是PTAM

6、（ParallelTrackingandMapping），其主要原理是从摄影图像上捕捉特征点，检测出平面，在上面建立虚拟的3D坐标，然后合成摄影图像和动画。其特点在于立体平面的检测和图像的合成采用并行处理方式[5]。　　（2）基于智能手机上的GPS和传感器的增强现实技术。通过GPS获取当前位置的经纬度和高度，通过方向传感（OrientationSensor）获取面向的方向和倾斜的角度，然后根据这些位置信息叠加相关信息[4]。目前荷兰SPRXmobile公司研发设计的增强现实手机浏览器Layar、Wikitude公司开发的Wik

7、itudedrive与WikitudeWorldBrowser等都基于这种技术。　　本文采用基于智能手机的GPS和传感器的增强现实技术来实现户外导航系统功能。　　1.2Android手机传感器原理　　目前大多数Android智能手机都配备有测量运动、方向和环境的传感器。包括：加速度传感器、磁力传感器、方向传感器、陀螺仪传感器、温度传感器等[6]。8　　本系统主要采用方向传感器。当设备保持默认方向时（见图3），X轴指向屏幕面板的外部，Y轴水平向右，Z轴垂直向上。在方向传感器SensorEvent类中的Values的3个值分别对应

8、3个坐标轴的角度数据，含义如下[7]：　　Values[0]：方向角的大小，也就是手机绕着X轴旋转的角度。Values[0]的取值范围为0～360。0或360表示手机朝向正北；90表示手机朝向正东；180表示手机朝向正南；270表示手机朝向正西。　　Values[1]：倾斜角