AR增强现实特点、关键技术和应用

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1、万方数据第25卷第5期2004年j月小型微型计算机系统MINIMICROSYSTEMSV01．25No．5Mav2004增强现实：特点、关键技术和应用齐越1，马红妹21(北京航空航天大学计算机系．北京100083)2(北京文献服务处，北京lo0029)摘要：增强现实(A··gmentedRea¨ty，AR)技术将计算机生成的虚拟对象与真实世界进行融合，构造出虚实结合的虚拟空间增强现实系统有三个特点：真实和虚拟结合，实时交互，真实和虚拟对象进行定位构造一个AR系统要解决许多关键技术，包括显示技术，跟踪和定位技术，界面技术以及标定技术另外AR

2、系统还要充分考虑人的因素AR技术在许多方面都有潜在酌应用价值．如医疗，机械维护和修理，注释，协同，商业以覆军事应用等本文对这些问题进行论述，最后讨论为使AR广泛使用需要解决的一些问题关键词：增强现实}虚拟环境；定位；标定中围分类号：TP39l文献标识码：A文章编号：1000—1220(2004)05一0900一04AugmentedReality：Characteristics，KeyTechnologyandApplicationsQIYuel，MAHong—mei21(co棚户“￡Pr[坤dr￡优P"}＆巧f”gU"l"ers吣o，m

3、埘姬““fs8LA5￡r。M“￡i∞，BP0抽gl00083，c^I”n)2(m02咄D0c“mPnz5Pru坛e，且P玎抽占100036，c^Ⅲ)Abstract：AugmentedRealityintegratesvlrtual(compute卜geⅡerated)objectswithrealworldtoconstructavinualen—vjronment．AnARsystemhasthreecharacteristics：combiningtherealandvirtualobjectsinarealenvironment，

4、run—ninginteractivclyandrealtime，registeri“grealandVinualobjectse8chother．Wemusts01Vesomekeytechn0109y，lncIudingdisplays，tracking，registration，interfacesandcalibration．Inaddition，humanfact。rsareVe。yimportant．ARtecllnologycanbeusedinmanyflelds，suchasmedical，manufactu“ng，vi

5、sualization，collaboratlon·commerceandmilitary，eta1．Thispaperdiscusses幽eseproblems，anddirectionsandareasrequiri“gfurtherres曲rch．Keywords：augmentedreallty；virtualenVir。nment；r。gistration；calibrationl引言增强现实(A·tgmentedReality，简称AR)就是将计算机生成的虚拟对象与真实世界结合起来，构造出具有虚实结合的虚拟空间．虽然目前AR的

6、研究都集中在视觉上，但是AR并不仅限于此，还包括听觉、触觉和味觉的所有感官．AR起始于：十世纪六十年代，sutherland发明了头盔显示器显示3D图形但是直到近些年，AR才成为一个研究领域．Mil—gram”定义了一个从真实到虚拟环境的连续统一体(如图1)．真实环境(RealEnvironment)和虚拟环境(VirtualEnvi—ronment)在两端，中间是混合现实(MixedReality)．AR靠近真实世界的一端，用计算机生成的数据可以增强真实环境．加强用户对环境的理解．Augmentedvirtuality是Milgram创

7、造的术语，意指在虚拟环境中增加真实世界的图像，比如在虚拟物体上加上纹理映射的视频．这种技术可以增加虚拟物体的真实程度，减少虚拟和真实物体的区别．而虚拟环境是指环境是完全虚拟的．AR中真实物体和虚拟物体与用户环境必须无缝地结合在一起，而且真实物体和虚拟物体之间还要能够进行交互，这样才能实现真正的虚实融合．AR中物体交互的方式有两类：视觉上的和物理上的．视觉上的交互指内部反射、吸收以及从环境现实虚拟环境图1真实到虚拟的统一体Fig．1Real{ty_virtualitycontintlllm这些物体发出光的重新定向，在AR中产生的效果包括阴影

8、、遮挡、漫射、镜面反射以及内部反射、折射和颜色渗透．物理上的交互包括物体问运动学上的约束、碰撞检测和响应，以及对于外力完全基于物理的响应．运动交互还包括物体运动约束或在某一连接点直接影响其他物