增強現(xiàn)實系統(tǒng)中虛擬光照技術(shù)的研究與應用.pdf

1、增強現(xiàn)實技術(shù)是一種將真實場景同虛擬場景融合的技術(shù)，它的目標是解決真實場景視頻和虛擬物體的無縫合成問題。AR現(xiàn)在主要的研究工作集中在跟蹤、注冊和交互技術(shù)方面，光照方面現(xiàn)階段雖然也有少量的研究，但大多數(shù)都著重于生成高質(zhì)量的圖像，忽略了AR系統(tǒng)的實時性要求。本文研究了增強現(xiàn)實系統(tǒng)中普遍存在的真實場景與虛擬場景間的光照問題，并提出一些解決方案，不僅增強了虛擬場景的真實感，同時也保證了AR系統(tǒng)的實時性。作者主要的研究工作體現(xiàn)在以下幾個方面：

2、 解決虛實光照差異的首要問題是采用面向?qū)嶋H光效的虛擬光效恢復方法。首先，虛擬光源的位置要與真實光源保持一致，若真實光源在場景中移動，虛擬光源的移動應該與真實光源保持一致。本文使用磁力跟蹤系統(tǒng)，在光源上安裝了磁力跟蹤接收器，跟蹤真實光源的空間姿態(tài)，并將跟蹤到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到虛擬場景坐標系，實現(xiàn)了虛實光源的姿態(tài)一致性。第二，選擇適合的光照明模型表現(xiàn)真實場景光照效果。第三，陰影是表現(xiàn)光照真實性的另一個重要方面，為保證AR系統(tǒng)的實時性，采用平面陰

3、影的方法。 然后，本文提出了光照明模型中所存在的不足之處并對其進行改進。在通常情況下，環(huán)境光值取默認值或由手工設定，從而影響了環(huán)境光的精確性，影響到整個光照明模型的精確性。針對這一情況，本文提出精確恢復環(huán)境光的兩種方法：時間插值法和基于圖像的插值法。這兩種方法提高了環(huán)境光的精確性，從而增強了整個光照明模型的精確性，并對Phong光照明模型進行改進，提高了Phong模型的精確度，同時不影響光照計算的實時性。 最后，本文給出