基于计算机视觉的“病毒查杀”演示系统的研究与开发

摘要

随着计算机技术的产生和发展，多种多样的计算机病毒也伴随而生。而了解计算机病毒的种类和发展方向，普及计算机病毒防护知识也变得越来越重要。科技展品“病毒查杀”演示系统以演示游戏的方式向观众介绍病毒的种类以及对计算机系统的侵害方式，并使观众以参与游戏的形式了解查杀病毒的全部过程。
　　 基于计算机视觉“病毒查杀”演示系统与传统的演示游戏不同，它将计算机视觉系统和虚拟现实技术融合入演示游戏当中，使观众拥有亲身进入游戏世界参与游戏的感觉。在系统设计过程中，本文针对演示游戏引擎构架的设计、摄像机标定算法及纷乱背景下目标识别定位方法等进行了深入研究和探讨。
　　 本文在阅读大量技术文献的基础上，研究设计了基于视觉的“病毒查杀”演示系统。本文着重研究了DirectX及其相关组件，并以DirectX及其相关组件为基础构建3D演示游戏的引擎构架，从应用3DS MAX构建模型到通过3D渲染流水线将模型逐步加入游戏场景，完成演示游戏的全过程。系统通过计算机视觉技术将作为演示游戏输入设备的电子枪系统与游戏系统共同组成增强式虚拟显示系统的游戏世界。比较分析了常用的摄像机标定方法，并详细研究了Tsai两步标定法及经典张正友平面标定法。系统通过对电子枪光点信号的RGB颜色空间的采样分析，应用彩色图像的阈值分割识别光点目标图像，并用灰度重心法对光电目标图像进行识别定位。实验测试结果表明，文中提出的方案是先进有效的，可以满足“病毒查杀”演示系统的正常运行。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景以及现实意义

1.1.1 科普展品的发展现状

1.1.2 开发病毒查杀演示系统的现实意义

1.2 本文研究的关键技术综述

1.2.1 虚拟现实技术

1.2.2 计算机视觉

1.2.3 数字图像处理

1.2.4 DirectX技术

1.3 本文的课题任务及创新点

1.3.1 课题的研究任务

1.3.2 课题的创新点

第2章“病毒查杀”演示系统的分析与设计

2.1“病毒查杀”演示系统的提出

2.1.1 系统的运行原理

2.1.2 系统组成结构

2.2 病毒查杀演示游戏脚本设计

2.3 系统的总体方案讨论

2.3.1 系统硬件方案设计

2.3.2 检测光幕的可行性讨论

2.3.3 系统工作方案设计

2.4 本章小结

第3章 虚拟现实技术基础

3.1 虚拟现实的基本概念

3.1.1 虚拟现实技术概述

3.1.2 虚拟现实系统组成

3.2 虚拟现实技术特征

3.3 虚拟现实系统分类

3.3.1 沉浸式虚拟现实系统

3.3.2 桌面式虚拟现实系统

3.3.3 增强式虚拟现实系统

3.3.4 分布式虚拟现实系统

3.4 虚拟现实技术在病毒查杀演示系统中的应用

3.5 本章小结

第4章 3D游戏引擎架构

4.13D游戏引擎的体系结构

4.1.1 游戏引擎概述

4.1.23D游戏引擎体系结构及相关流程

4.2 DirectX技术基础

4.2.1 DirectX概述

4.2.2 DirectX组件概述

4.2.3 Direct3D基础

4.33D渲染模块

4.3.13D坐标系统

4.3.23D渲染流水线

4.3.33D几何变换

4.3.4 光栅化

4.3.5 物体的剔除

4.3.6 摄像机控制

4.4 灯光与纹理

4.4.1 灯光特效

4.4.2 纹理映射

4.5 图形渲染的过程分析

4.6 游戏逻辑机制分析

4.6.1 GDI和GDI+

4.6.2 游戏贴图原理及步骤

4.6.3 模型加载

4.6.4 输入设备机制分析

4.6.5 声音机制分析

4.7 本课题演示游戏设计

4.7.1 游戏内容及完成方案

4.7.2 演示游戏中所使用的类及介绍

4.8 本章小结

第5章 视觉系统的设计与实现

5.1 摄像机标定概述

5.2 摄像机标定的分类

5.3 摄像机标定方法介绍

5.3.1 摄像机标定的传统方法

5.3.2 透视投影变换标定法

5.3.3 Tsai的两步标定法

5.3.4 经典张正友平面标定法

5.3.5 摄像机的自标定

5.4 摄像机标定实验结果

5.5 本章小结

第6章 目标图像的识别与定位

6.1 目标图像的识别与定位方案设计

6.2 图像预处理

6.2.1 图像增强

6.2.2 图像平滑

6.2.3 图像锐化

6.3 图像分割处理

6.3.1 图像分割的作用

6.3.2 图像阈值分割分析

6.3.3 图像边缘检测分析

6.4 常用的颜色空间

6.4.1 RGB颜色模型

6.4.2 HSV颜色空间

6.4.3 YCbCr颜色空间

6.4.4 归一化的RGB(Nrgb)颜色模型

6.4.5 实验分析

6.5 目标图像的定位分析

6.6 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

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