智能移动设备增强现实探究问题

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1、智能移动设备增强现实探究问题　　摘要：智能移动设备的高速处理和大容量存储技术的发展使得增强现实技术可以脱离台式计算机，向户外和无线化发展。本文针对智能移动设备增强现实技术发展所要解决的问题进行了分析，针对这些问题总结目前的研究方法，并介绍了该领域的研究进展。Abstract：Smartphonesowinghigh-speedprocessingtechnologyandmassstoragetechnologyenablestheaugmentedrealitytechnologybreakingawayfromthedesktoptothedevelopmentofoutdo

2、orandradioapplication.Inthispaper，theproblemforthedevelopmentofaugmentedrealitytechnologydemandedforsolvingthatisanalyzed.Andalsoaccordingtheseissues，thecurrentresearchingmethodsaresummarizedandtheprogressofcurrentresearchisintroducedinthisfield.关键词：增强现实；虚拟现实；智能移动设备Keywords：augmentedreality；v

3、irtualreality；smartphone中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）14-0225-0260引言增强现实要解决的问题是准确、稳定地跟踪用户视点的位置和朝向，最终将由计算机生成的虚拟内容与用户观察到的真实场景完美结合。由于工具和设备不方便用于日常生活，所以虽然该领域早已受到研究人员重视，但并未广泛应用于人们的生活中，之后与后背式计算机、个人数字助手、智能移动设备等可移动平台结合使该领域出现突。目前基于智能移动设备的增强现实（SmartPhoneAugmentedReality，SPAR）系统成为研究和关注的热点。智能移动设备具

4、备操作系统、高质量色彩显示、高分辨率数字摄像头、无线传输等性能，高端设备甚至配备能实时处理的硬件加速三维图形芯片，这使得SPAR可以将场景捕捉、算法处理和增强显示集于一体。下面将分析构建SPAR要解决的问题及相应进展。1领域问题及发展现状该领域涉及的主要问题有：采用何种架构？如由服务器处理数据，如何实现服务器与移动设备的通信？如由移动设备独立处理，如何解决处理速度和存储容量问题？在大场景下如何定位移动设备位置？如何利用移动设备与环境进行交互？1.1主体架构6受处理能力和存储空间限制，早期的SPAR系统采取“客户端-服务器”的架构，移动设备只作为捕捉和显示设备，视觉算法处理交由远程

5、的服务器完成，两者通过无线网络进行数据通信。如AR-Phone项目[1]通过蓝牙将移动设备拍摄的图片上传至一个PC机服务器，服务器对图片进行姿态估计算法的处理并将虚拟信息进行叠加，然后再通过蓝牙传给移动设备客户端进行效果显示（图1）。后来，随着芯片处理速度的提高，一些系统让客户端与服务器分担处理任务。文献[2]将渲染和显示部分的处理转移到移动设备中；文献[3]中服务器进行目标的粗略识别后将粗略识别结果传至客户端，由客户端完成精确识别和渲染显示的任务。近几年，已有系统成功地将姿态估计和渲染显示算法移植到智能移动设备上，如：将ARToolKit技术移植到Symbian操作系统之中[4

6、]。1.2姿态和位置估计为向真实环境叠加虚拟信息，需已知用户视点的位置和朝向，场景范围较小时可通过AR的摄像机姿态估计方法完成；而在大范围、多物体存在时则需先定位用户空间位置，再引入识别算法以识别出目标。目前的研究集中在将基于人工标志物和自然特征的跟踪算法移植到平台中。在使用人工标志物方面，Henrysson等[5]在2005年将ARToolKit移植用于Nokia66600（图2左）的Symbian操作系统中，成功开发出交互式乒乓球游戏系统。Mohring等在2004年[4]提出了一个基于彩色三维标志物的跟踪方法（图2右）。1.3空间定位与目标识别已有SPAR系统多是为了较大环

7、境下的导航而开发。为了对特定位置的兴趣目标进行虚拟信息的增强，需要先确定用户的空间位置，然后将当前拍摄到的目标与跟该位置相关的目标集合进行匹配以识别目标，最后将相应虚拟信息进行显示。城市导游系统MARA[6]通过GPS对手持智能移动设备的用户空间位置进行定位，使用加速计和磁力计对用户的朝向进行测量，进而得出用户当前的姿态并将与该位置相关的虚拟信息发送至移动设备终端（见图3，左右图分别为增强后结果和GPS定位结果）。1.4交互式系统多数SPAR系统为单一用户单一设备，用户通过移动设