基于虚拟现实的增强现实

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摘要:在本文中,我们提出了一个在增强现实中结合3D图形叠加的系统,实现了基于虚拟现实的移动计算。增强现实(AR)技术是非常有用的实时应用,特别是在制造技术方面的应用。由于它是一个新兴的、迅速发展的技术,AR的应用通常需要很贵的专用设备。但在本文中,我们提出了一个通过使用AR工具箱的三维含量的AR方法,这是非常具有成本效益的方法。主要目的是在现实世界中,通过计算机和摄像机的帮助,作为3-D投影给观察者以敏感的视野来实时定位虚拟对象。对于像拼图、医疗应用、军事等实时应用来说,将非常有用。

关键词:3D;增强现实;桌面投影;模式识别;虚拟现实。

1. 介绍

增强现实[5]产生了一个真实世界环境中的虚拟对象的实时视觉,并由系统生成的输入增强。它与计算机内容[5,7]相结合,被叠加到世界的实时照相机视图中。它仅仅是结合了现实世界环境的图形化体验。

直到今天,我们可能都没有听说过很多关于AR的东西,但随着实时应用的出现,像智能手机和平板电脑,人们会更多地了解它。在我们论述的工作中,我们已经通过以下方式,有助于降低系统的复杂性,以及提高该系统的效率。

1.它提供了高需求多媒体图形信息的维护任务,替换了标准手稿文件和清单。

2.通过使用他们对工作流程的控制,同步了团队成员之间大量维护工作的过程。

3.通过训练程序[2],它提供了覆盖在感知文本信息和虚拟演示的3D对象,在那里它取代一个文本指令,对观察者来说,看起来像一个三维信息。

我们已经描述了结合增强现实制定的3-D图形叠加系统,并使该任务变得很容易。目的是弄清楚这些方法和系统如何协作,并在日常生活中协助用户。我们通过对它如何在软件环境中工作和为用户模拟3D环境的描述,展现了该系统。

概述2-D3-D

一般的(2-D)二维图像是单色即灰度图像,是由只能够被数字化的单一帧组成的。二维图像是指它在任何点仅具有两个f(x,y)的光强度功能的空间坐标,以及函数值f(x,y),这一点上的f(x,y),是在任何点都正比于给定图像的强度或灰度值。2-D图像是其灰度值被转换为离散值的数字化图像。在这些二维图像,所述强度值跨越间隔的网格在x和y方向分别进行测量。在2-D图像,该强度值被采样为8位,即它有256个值(0-255)。它是计算机图形在许多应用的一种形式,如传统的印刷和绘图技术,其中包括刻字、制图、广告、实用的绘图等。2-D图像是一个有着语义值的独立对象,但它并不代表真实世界中使用的形式对象。对于优选为许多应用的图像来说,这将给出精确的控制。2-D与计算机图形相关,是计算机科学的分支,它产生于大多来自2-D模型数字化图像,像2-D几何模型、文本信息,以及具有一定具体技术的数字化图像。在像使用页面排版软件创建文件的过程中,我们描述了一些根植于2-D计算机图形的文件。这些方法比该数字化图像小得多。它将适合多个不同的输出设备,其中这些文件或输入图像将以不同的数字图像、不同的分辨率被存储在系统中的2-D图形文件。

三维空间是有形宇宙,其中观察者或研究者是活的数值模型。通常这三个尺寸是宽度,长度和深度(或高度),其特征在于,任何三个方向被选择,使得它们不位于同一平面上。3-D还涉及计算机图形学[9],但它不同于2-D计算机图形。3-D图形用三维表示算术详细内容,大多为将要存储在系统中的产品进行笛卡尔乘积计算,它也呈现为二维图像。三维计算机图形也被称为3-D模型。除了所提供的图形,它还有图形信息的文件。它于2-D不同,是因为2-D具有用于估计一个对象的唯一的长度和宽度,三维物体将始终代表三维模型中只有一个算术形式。由于3-D打印的蒸蒸日上,3-D模型现在并不限于单独的虚拟环境。其示于该网络摄像机的前面一个简单的模型,可以证明目视通过处理2-D图象,这被称为3-D渲染,或者我们可以使用产生于模拟和计算的非图形系统。当于2-D应用相比时,3-D生成技术有饱和度、对比度等等效果。由此3- D使用2-D绘制技术去获得最好的结果。

2. 工作原理

真实和虚拟对象的结合使得用户可以实现自己的虚幻的视觉。

在真实世界中,对研究者来说,虚拟的事物被重叠起来,看起来像一个3D的投射效果,这是通过一台可以在真实环境中发现物体3D影像的相机的位置计算来实现的,由于具备很快的处理器,它的分辨率很高。如果网络摄像头位置正确的话,我们便可以在真实世界中完成3D投影。这个方案给了我们更多的精确结果和强有力的增强效果,当一个图案展现在网络摄像头前面时,在那里可以产生一种增强环境。

因此在许多应用中,3D增强现实技术都备受亲睐,AR已经改变了用途,这也是为什么它可以吸引许多研究开发人员才创作即时应用。因为它通过计算机生成的内容结合了真实世界和虚拟对象,在AR领域工作的研究人员对人们是十分有益的。结合了基础技术和他们部署的优势来完成需求的任务。它应该满足以下需求:

1.通过探测它位置和提供的材料来识别图像

2.将数据信息呈献给用户或者观察者

我们已经选用这个方法作为使用的常规方式来在真实世界中识别图像和展现虚拟物,虚拟物体可以给用户提供额外的信息。这些方法具有许多典型技术和程序库来完成这个任务,这也是为什么我们在即时视频显示系统中运用它们

这类算法证明对于基于AR的虚拟展示应用是十分有用的,上述技术是以下述方式进行设计的:当用户在相机前呈现出图像,物体恰好从图像中弹出看起来对观察者来说就像一种3D感觉。我们刚刚在我们大概60平方米的实验室完成了实验:用10到20个图像来获取虚拟的展示系统

当我们运行软件,在相机前我们显示出来的图案应该直线对齐并且与网络相机的极为接近,整个图案应该在网络相机上可视。只有这种方法我们才能获取最好的结果。呈现在照相机上的图案应该在一个平面的位置上,图案将会在我们呈现给相机的同时被系统识别。一个蓝盒装置将在图案上出现,并且图案上中的物体将会看起来像一个生动的3D实体。

虚拟现实

虚拟现实也被称为虚拟性,它是在一种特定环境中应用到计算机生成的内容的术语,一种模仿真实的物质世界环境,就像人造物一样。当代虚拟现实环境主要拥有一种视觉体验,并且他们通过一个系统显示屏或者通过一些特殊的3D显示器展示。

虚拟现实也可以被分为:

1.通过教育资源和训练模仿真实环境

2.为游戏与3D故事开发一种想象的环境

有许多产品在系统中生成虚拟现实效果,包括3-D MAX, Bryce, Extreme3D, Visual Reality.

3.硬件要求

我们已经实施了一个标准的计算机规范方法 – 3GB RAM的英特尔®酷睿i3-380M处理器。该软件的代码是用Java编写的,通过开放式的openCV库。需要高分辨率的高清网络摄像头,集成了电脑或笔记本电脑采集的视频序列。计算机或笔记本电脑有1GB的NVIDIA GEFORCE GT540M的独立显卡。它提供了更多的准确性和可扩展性。

4.实验结果和讨论:

当图案显示在照相机的前面,它可检测到存在于该图案的图案与物体,并被可视化,它会从图形弹出。一些得到的结果是:

001

图1a 对象的一部分丢失后, 图像仍然能被检测到

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图1b 图像被检测到

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图2 对象从给出的图像弹出

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图3 图像全部从给出的图像弹出

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图4 企鹅对象从原来的位置正在移动

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图5 整个对象从原来的位置移动

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图6 对象被覆盖在真实的世界里

上述图可以被解释为:图1a,对象的一部分丢失后,图像仍然能被检测到;图1b,图像被检测到;图2,对象从给出的图像弹出;图3,图像全部从给出的图像弹出;图4,企鹅对象从原来的位置正在移动;图5,整个对象从原来的位置移动;图6,对象被覆盖在真实的世界里。

五、结论和未来的工作:

在本文中,我们的结论是存在于图案[12]的一个对象被丢失,我们仍然可以将其3-D可视化。增强现实应用能够帮助我们对在真实环境室内建筑设计作品进行可视化。增强现实技术是一种行之有效的在现实世界中的图形用户的技术。因为它给予现实世界中的附加信息,是一个交互式体验。它给出了没有错误的3-D对象的投射。它具有很高的灵活性和有用性的系统。集成在许多实时应用的上述方法[10],对于增强现实来说将是有用的。这些方法非常直观,并以知识为基础,这对用户来说是有效的。在未来,对于使用像手机、I-pod等进行导航是极其有用的。在我们今后的工作中,我们计划在多个AR应用[3]的3-D接口的各种问题做这些实验,例如基于游戏的AR、虚拟立体书,在学校教育中的学习、小册子、广告、电视广播和主题公园,还有其他各个领域。

(网站技术演进与形态构造,李欣哲)



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