浅谈增强现实技术

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1、浅谈增强现实技术摘要：近年来，增强现实因其具有虚实结合的特点，逐渐成为研究的热点。通过增强现实电视节目中的应用引出对增强现实概念、特点和关键技术的介绍，简述了国内外增强现实的发展现状，并对其应用作了简要说明，最后展望增强现实未來对人类生活的影响。关键词：增强现实；虚拟现实；跟踪注册；关键技术中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）28-6411-042013年央视春晚早已经落下帷幕，其科技感和观赏性十足的舞台效果让亿万观众有一个全新的体验，其中增强现实等3D互动技术的应用，

2、使舞台空间变化、意象环境等呈现在电视屏幕上，给电视观众带来了前所未有的视觉冲击。如图1所示，为李玉刚的《嫦娥》，舞台里面的琼楼玉宇皆是通过增强现实技术实现的。增强现实（AugmentedReality,简称AR）是在虚拟现实技术VirtualReality,简称VR）的基础上发展起来的一个分支，由于它将计算机产牛的文本信息、图像、虚拟3D模型、视频或场景等实时准确的叠加到用户所感知的真实世界中，在虚拟环境和真实环境之间搭起一个桥梁，实现对现实世界信息的增强，提高用户对真实世界的感知能力［1］。1增强现实的特点

3、增强现实技术作为现实世界和虚拟世界的桥梁，是现实世界力量的延伸，同时，也对虚拟世界进行补充，不至于迷失于虚拟世界。如图2所示为1994年PaulMilgramFumioKishino提出的虚拟现实连续体［2］。该图相当于一个处标轴，轴最左侧表示真实世界，最右侧表示虚拟环境，混合实境连接了真实世界和虚拟环境，其中混合实境乂分为增强现实和扩增虚境，偏向于虚拟环境部分的为扩增虚境，而偏向于真实世界部分的则定义为增强现实。由此可见，增强现实具有虚实结合、实时交互和三维注册的特点［3］。1）虚实结合增强现实技术不同于虚

4、拟现实，它没有完全取代现实环境，相反它比较依赖现实世界，它的存在就是为现实服务的。如图3所示为增强现实的一个典型应用，通过移动设备摄像头对准《灵魂战车》的电影海报，pad显示屏上就会显示该部电影的精彩预告。这种便是将虚拟信息应用到真实世界屮，二者叠加成一个画面，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。2）实时交互实时交互是指用户能够通过现实世界的信息比较及时的得到相应的反馈信息。因为增强现实需要迅速识别现实世界的申物，在设备中进行迅速合成，并通过传感技术将混合信息传达给

5、用戸，这样才能实现所见即能所知的效果［4］。如《灵魂战车》的增强现实电影海报，通过pad摄像头对准，即刻就能呈现出精彩片段；2013春晚上所呈现的增强现实效果，实现了虚拟影像与真实场景的同步传播。3）三维注册增强现实中需要通过实时跟踪摄像机姿态，实时计算出摄像机影像位置及角度，定位出虚拟图像于真实场景中的注册位置，以实现虚拟世界与真实世界更自然的融合［5］。比如图3所示的例子需要检测需要“增强”的物体特征点以及轮廓，跟踪物体特征点并生成坐标信息，即识别出海报的内容和在摄像头中的位置。增强现实必须经过三维注册才

6、能识别，它不是对任何一个物体都能实现增强的。2增强现实的关键技术增强现实技术要完成虚实的叠加并呈现给用户，首先需要通过相机获取真实场景信息，然后传输到设备对真实场景和相机相对位置进行分析，最后将获得的虚拟信息与真实场景融合。如图4所示为增强现实系统架构图，在该过程中涉及到跟踪注册技术、虚拟物体生成技术和显示技术［6］。1）跟踪注册技术为了实现虚拟信息和真实场景的无缝叠加，这就要求虚拟信息与真实环境在三维空间位置中进行“配准”，即注册。而移动设备摄像头与虚拟信息的位置需要相对应，这就需要通过跟踪技术来实现。跟踪

7、注册技术首先检测需要“增强”的物体特征点以及轮廓，跟踪物体特征点并生成二维或三维坐标信息，例如在谷歌眼镜要显示某一物体的信息需要识别出该物体的特征点和轮廓。跟踪注册技术的好坏直接决怎着增强现实系统的成功与否，常用的跟踪注册方法有四种：基于硕件的跟踪注册、基于机器视觉、基于无线网络的和混合跟踪注册技术。2）虚拟物体生成技术增强现实的日标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动，所以在准确的跟踪注册技术的基础上，要提高增强现实系统的效果，还需要保证所生成的虚拟物体真实感和实时性强。如谷歌眼镜推出的增强现实眼镜，

8、在用户观测到一个物体后，镜片上就能迅速呈现该物体的相关信息；再如《灵魂战车》增强现实电影海报，当Pad摄像头对准该海报时，显示设备上就能立即呈现对应的精彩片段。因此真实感和实时性是虚拟物体生成的两个最主要的性能判断标准。3)显示技术典型的增强现实应用除了上述的技术外，还依赖于设备的显示技术，为了达到逼真的虚实融合的展示效果，高效率的显示技术和显示设备是必不可少的。目前，应用于增强现实系统的硬件显示设