基于场景结构的增强现实信息呈现方法研究

摘要

增强现实是将虚拟信息融合到真实物理场景中，使人们更好地认识和理解物理场景。这些虚拟信息主要包括声音、视频、图像、GPS数据等。增强现实应用前景广阔，可应用于医疗、科学可视化、制造自动化、文化传承和军事应用等领域。目前的增强现实应用主要结合GPS信息，在二维屏幕空间进行信息增强，丢失了场景结构信息，因此本文考虑将场景结构信息引入增强现实应用。
　　增强信息的呈现是增强现实系统中一个核心的问题，而信息标注是信息呈现的基础性工作。为了把场景结构信息引入增强现实应用中，需要同时考虑信息标注和信息呈现对场景结构信息的支持。
　　本文的主要贡献在以下两个方面:
　　1)信息标注是增强现实的前期工作，由于自动化的信息标注工具还不成熟，目前信息标注主要是通过用户交互完成的。然而，现阶段的信息标注工具不能很好地支持场景结构的信息标注，更不能很好地支持信息之间的关联。因此本文提出了一种基于场景结构的信息标注的方法，利用场景特征表面作为信息标注的载体，并基于商用三维数字内容创作工具开发了一个支持信息标注的集成式增强现实用户创作工具，用于辅助用户高效地创建虚拟信息，并进行虚拟信息之间的关联。
　　(2)信息呈现是增强现实的后期工作，目前的信息呈现主要显示在二维屏幕空间，而没有考虑场景结构信息，不能与物理场景很好地融合，同时信息冗余问题的解决也没有考虑场景结构信息。基于此，本文提出基于结构特征与虚拟绘制相结合的提示信息计算方法，根据场景结构与虚拟绘制的结果，推断场景对于用户的重要性，然后呈现最重要的信息给用户，这样可以避免信息冗余。对于信息的呈现，则通过已有的摄像机实时跟踪方法获得摄像机参数矩阵，然后根据场景结构信息绘制最重要的信息，使信息更好地融入物理场景。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 相关研究工作

1．2．1 场景离散建模

1．2．2 基于视觉的增强现实技术

1．2．3 信息呈现

1．2．4 用户创作工具

1．3 本文工作

1．4 论文结构

1．5 本章小结

第2章 基于场景结构的信息标注方法及用户创作工具

2．1 引言

2．2 方法概述

2．3 数据采集与预处理

2．3．1 预处理的必要性

2．3．2 预处理方法

2．4 用户创作工具的构成

2．5 导入与输出

2．5．1 数据导入

2．5．2 数据导出

2．6 场景语义信息标注

2．7 实验结果

2．8 本章小结

第3章 基于结构特征与虚拟绘制的信息呈现

3．1 引言

3．2 基于关键帧的摄像机实时跟踪

3．3 基于表面结构与虚拟绘制的提示信息计算

3．4 提示信息的自然呈现

3．5 实验结果

3．6 本章小结

第4章 原型系统设计与实现

4．1 系统构成

4．2 服务端

4．3 客户端

4．4 原型系统实现及实验结果

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢