增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互系統(tǒng)的研究.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，簡稱AR)是由虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)發(fā)展而延伸出來的新的研究領(lǐng)域，它是一種將計算機(jī)生成的虛擬對象疊加到真實(shí)世界中從而構(gòu)造出虛實(shí)結(jié)合效果的技術(shù)。它對真實(shí)環(huán)境中的信息進(jìn)行三維注冊，然后將計算機(jī)生成的虛擬信息疊加到真實(shí)的環(huán)境中，再通過顯示設(shè)備將虛實(shí)融合后的效果顯示出來，通過增強(qiáng)或補(bǔ)充人眼所看到的東西，加深用戶對現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識能力。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)、機(jī)械制造、軍事、教育和

2、商業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，它不僅提供了一種更容易實(shí)現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)的方法，更代表了下一代人機(jī)界面的發(fā)展趨勢。當(dāng)前PC機(jī)和普通攝像頭在現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)非常普及，而這些設(shè)備已經(jīng)基本能夠滿足桌面AR系統(tǒng)的硬件要求，人們可以利用這些簡單設(shè)備來做一些應(yīng)用。基于標(biāo)識的跟蹤技術(shù)注冊精度高并且標(biāo)識物的獲取極為容易，無需佩戴頭盔等復(fù)雜的硬件跟蹤設(shè)備。因此設(shè)計一個基于標(biāo)識的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互系統(tǒng)就具備了現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文的研究目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個基于標(biāo)識

3、的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互系統(tǒng)。利用ARToolkit開源軟件庫進(jìn)行基于標(biāo)識的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)的開發(fā)，使用ARToolkit標(biāo)記作為本文實(shí)驗(yàn)的標(biāo)記塊，對ARToolkit工具進(jìn)行分析并在此基礎(chǔ)上對其交互操作方面進(jìn)行了拓展，使用戶可以通過手勢和人臉等進(jìn)行一些交互操作。具體包含以下三個方面的工作：
　　 1.論文分析介紹了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展中三個重要的關(guān)鍵技術(shù)：顯示技術(shù)、跟蹤注冊技術(shù)以及人機(jī)交互技術(shù)并闡述了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的主要應(yīng)用。在對這三項(xiàng)關(guān)鍵技

4、術(shù)各自的重要內(nèi)容介紹的同時，對它們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較和分析。
　　 2.對基于標(biāo)識的跟蹤注冊技術(shù)運(yùn)用的數(shù)學(xué)原理進(jìn)行推導(dǎo)，并且選用了最為常用的AR工具ARToolkit工具作為研究對象，對其組成模塊做了介紹，仔細(xì)分析了其注冊模塊的實(shí)現(xiàn)過程。然后著重對模板的識別與跟蹤進(jìn)行分析和研究，詳細(xì)描述了圖像閾值分割、連通域分析、基于直線擬合的四邊形選取、區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化和模板識別等幾個模塊的設(shè)計思想，并給出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
　　 3.論文設(shè)計并