基于增强现实的视频射击游戏系统的设计与实现

摘要

增强现实(Augmented Reality, AR)通过三维图像技术和视觉跟踪技术，将虚拟的信息与真实的环境相结合，使得真实环境与虚拟物体能够完美的融合显示。近些年，随着Android移动设备的发展，越来越多的关于增强现实的研究被应用到移动设备上。手机娱乐游戏是移动设备发展的一大热门方向，将增强现实技术运用到其中，能够增强游戏的互动性，具有广阔的发展前景。
　　本文在Android手机平台下实现了基于增强现实技术的视频射击游戏系统的设计。对于系统核心模块—增强现实模块的设计是基于增强现实开发包—AndAR，首先对AndAR中标志物识别跟踪算法进行分析，测试其性能，提出了一种基于边缘检测的算法改进，使得标志物在部分被遮挡的情况下也能够被正常识别，完成三维注册，有助于提高增强现实系统的健壮性。然后对AndAR的架构以及开发流程进行分析，但从中发现许多开发者需要直接使用OpenGL这个比较底层的图像库来进行3D模型的创建和渲染，使用这种方法需要编写很多代码，并且在更换标志物时需要重新编译整个应用程序，对此在本文中提出了利用min3d引擎对图像创建和渲染过程进行优化。最后进行游戏系统其它基础模块的设计，完成整个游戏系统的设计。
　　通过对本文提出的改进方案的测试以及最后游戏系统的设计实现，验证了本文中提出的基于边缘检测的算法改进对标志物部分被遮挡和光照条件变化有较好的适应;而基于AndAR开发工具，利用min3d对图像创建和渲染过程进行优化的方法，能够方便的进行Android手机平台下增强现实系统的开发。经测试，游戏系统中对标志物的识别以及渲染3D图像的处理时间不超过0.3s，游戏能流畅的运行，满足设计的要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与设计要求

1．4 论文组织

第二章 增强现实相关技术与开发工具

2．1 增强现实系统关键技术

2．1．1 摄像头标定技术

2．1．2 三维注册技术

2．1．3 虚实融合技术

2．1．4 交互技术

2．2 ARToolKit相关技术

2．2．1 ARToolKit概述

2．2．2 ARToolKit的框架

2．3 AndAR开发工具

2．4 OpenGL ES与3D应用开发

2．5 本章小结

第三章 游戏系统的需求分析和设计

3．1 系统的需求分析

3．1．1 系统总体描述

3．1．2 系统的功能需求

3．1．3 系统的架构设计

3．2 增强现实模块的设计

3．2．1 AndAR标志物的识别过程

3．2．2 基于标志物边缘检测的跟踪算法优化

3．2．3 传统的AndAR应用开发

3．2．4 改进后的AndAR应用开发

3．3 本章小结

第四章 游戏系统的实现

4．1 基础模块的实现

4．1．1 游戏背景模块的实现

4．1．2 敌人模块的实现

4．1．3 主基地和防护塔模块的实现

4．1．4 其他信息模块的实现

4．2 增强现实模块的实现

4．2．1 视频数据的捕捉与标志物的识别

4．2．2 虚拟物体的渲染叠加

4．2．3 虚实图像显示

4．2．4 模块流程

4．3 本章小结

第五章 系统的测试与分析

5．1 系统测试环境

5．2 游戏系统测试

5．2．1 测试方案

5．2．2 测试结果

5．3 增强现实模块的测试

5．3．1 测试方案

5．3．2 测试结果

5．4 结果分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献