基于投影的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)光照技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented reality)技術(shù)是一種將真實(shí)場(chǎng)景同虛擬場(chǎng)景融合的技術(shù)，它的目標(biāo)是解決真實(shí)場(chǎng)景和虛擬場(chǎng)景之間無縫合成的問題。目前AR系統(tǒng)主要的研究工作集中在跟蹤、注冊(cè)和交互技術(shù)方面，光照技術(shù)方面的研究雖有一些，但還有待進(jìn)一步深化，其研究成果能有效改善AR系統(tǒng)的光照效果。 論文就基于投影的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)光照問題進(jìn)行了分析，重點(diǎn)針對(duì)光照一致性問題以及由光照引起的相關(guān)問題，提出了一套解決方法。這些方法不僅提高了真實(shí)場(chǎng)景與

2、虛擬場(chǎng)景的光照一致性，還解決了基于投影的AR系統(tǒng)虛擬場(chǎng)景的陰影問題，并實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)場(chǎng)景之間的遮擋。最后這些方法被成功地運(yùn)用到了基于投影的AR系統(tǒng)——“魔幻展臺(tái)”中，實(shí)驗(yàn)證明它們能有效提高虛實(shí)場(chǎng)景之間的融合程度，改善AR系統(tǒng)的整體效果。 論文主要的研究工作體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 首先，采用攝像頭拍攝的方法采集真實(shí)場(chǎng)景在不同光強(qiáng)條件下的光照信息，運(yùn)用圖像處理方法實(shí)現(xiàn)光照信息的統(tǒng)計(jì)；其次，選擇合適的光照明模型在虛擬場(chǎng)景中重建真實(shí)場(chǎng)

3、景光效，并記錄下對(duì)應(yīng)真實(shí)場(chǎng)景不同光照的虛擬場(chǎng)景光照信息；接下來采用數(shù)學(xué)擬合方法，創(chuàng)建了真實(shí)光照與虛擬光照之間的數(shù)學(xué)模型，推算出數(shù)學(xué)公式，從而建立了虛實(shí)光源之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)光源的光照一致性。 在恢復(fù)了虛擬場(chǎng)景光源后，論文針對(duì)基于投影的AR系統(tǒng)其虛擬光源無法表現(xiàn)陰影的不足，設(shè)計(jì)了符合該AR系統(tǒng)的虛擬場(chǎng)景陰影算法，并提出了使用投影儀來彌補(bǔ)虛擬陰影的方法。本文分別采用Open Inventor和OpenGL來實(shí)現(xiàn)陰影算法，最終通過