1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究及其應(yīng)用1概念增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) VS 虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)AR技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀A(yù)R關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用實(shí)例主要內(nèi)容2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）的一個重要分支，也是近年來的研究熱點(diǎn)將計算機(jī)生成的虛擬物體或其它信息疊加到真實(shí)場景中，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)的“增強(qiáng)”綜合了計算機(jī)圖形、光電成像、融合顯示、多傳感器、圖像處理、計算機(jī)視覺等多門學(xué)科一、概念3一、概念4VR強(qiáng)調(diào)的是虛擬世界給人的沉浸感，強(qiáng)調(diào)人能以自然方式與虛擬世界中的對象進(jìn)行交互操作AR則強(qiáng)調(diào)在真實(shí)場景中融入計算機(jī)生成的虛擬信息的能力，它并不隔斷觀察者與真實(shí)世界之間

2、的聯(lián)系。AR具有較低的硬件要求、更高的注冊精度、更具真實(shí)感二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) VS 虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)場景 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場景590年代以前，AR的概念還比較模糊；90年代是AR技術(shù)迅速發(fā)展的10年。比較有名的研究機(jī)構(gòu)有：美國麻省理工大學(xué)的圖像導(dǎo)航外科手術(shù)室哥倫比亞大學(xué)的圖形和用戶交互實(shí)驗(yàn)室日本的混合現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室德國的Arvika組織新加坡的混合現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室此外，用于快速開發(fā)的開源軟件工具ARToolkit也由華盛頓大學(xué)的圖形實(shí)驗(yàn)室成功開發(fā)并維護(hù)至今四、AR技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀7原有的研究領(lǐng)域拓展到多個新的領(lǐng)域，如城市規(guī)劃、娛樂教育、工業(yè)仿真、文化遺產(chǎn)保護(hù)等AR系統(tǒng)由簡單的桌面式擴(kuò)展到戶外可攜帶型、空間體驗(yàn)型顯

3、示設(shè)備也從頭盔顯示器延伸到大型可觸摸式、桌面投射式和便攜式四、AR技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示器仍相當(dāng)笨重，但開發(fā)人員相信他們可以開發(fā)出類似眼鏡的顯示器8目前國內(nèi)AR的研究成果主要有：北京理工大學(xué)自主研制了視頻、光學(xué)穿透式兩類頭盔顯示器北京理工大學(xué)利用AR技術(shù)重建圓明園的實(shí)驗(yàn)也取得了重要進(jìn)展上海大學(xué)快速制造工程中心與浙江大學(xué)合作開發(fā)了AR場景光源的實(shí)時檢測和真實(shí)感繪制框架此外，在城市規(guī)劃、地下管網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域也有相關(guān)的研究四、AR技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀10四、AR技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀 真實(shí)場景 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場景視頻透視式頭盔顯示器光學(xué)透視式頭盔顯示器11五、AR關(guān)鍵技術(shù)12五、AR關(guān)鍵技

4、術(shù)幾何配準(zhǔn)方法原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)基于硬件跟蹤器的配準(zhǔn)技術(shù)據(jù)信號發(fā)射源和感知器獲取的數(shù)據(jù)求出物體的相對空間位置和方向系統(tǒng)延遲小設(shè)備昂貴、對外部傳感器的校準(zhǔn)比較難，且受設(shè)備和移動空間的限制，系統(tǒng)安裝不方便基于視覺計算的配準(zhǔn)技術(shù)根據(jù)一幅或幾幅真實(shí)場景圖像反求出觀察者的運(yùn)動軌跡，從而確定虛擬信息“對齊”的位置和方向無需特殊硬件設(shè)備，配準(zhǔn)精度高計算復(fù)雜性高，造成系統(tǒng)延遲大；大多數(shù)都用非線性迭代，造成誤差難控制、魯棒性不強(qiáng)的缺點(diǎn)兩者混合的配準(zhǔn)技術(shù)根據(jù)硬件設(shè)備定位用戶的頭部運(yùn)動位姿，同時借助視覺方法對配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行誤差補(bǔ)償算法魯棒性強(qiáng)、定標(biāo)精度高系統(tǒng)成本高、系統(tǒng)安裝繁瑣、移植困難14顯示技術(shù)在觀察者的眼睛和真實(shí)物體

5、之間的光路上成像的技術(shù)根據(jù)光路上成像位置的不同可以分為三類五、AR關(guān)鍵技術(shù)分類成像距離優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)頭戴式顯示技術(shù)成像在離觀察者眼睛大約4-10厘米處，觀察者頭部需要戴上顯示設(shè)備分辨率低、視域受限手持式顯示技術(shù)成像于離觀察者一個手臂遠(yuǎn)的距離處理器性能低、存儲容量小、視域范圍小、攝像頭精度低空間顯示技術(shù)將顯示設(shè)備和人體分離，并在離人體較遠(yuǎn)處成像支持高分辨率、寬視域、高亮型和高對比度的影像不可移動性、合成影像精度低15六、應(yīng)用實(shí)例醫(yī)療北卡羅萊納大學(xué)的AR輔助B超檢查和胸部活組織切片倫敦Guys醫(yī)院MAGI項(xiàng)目協(xié)助醫(yī)生從耳道中取出神經(jīng)瘤卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的“魔眼”工程布朗大學(xué)的外科手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)17六、應(yīng)用實(shí)例教育歐洲計算機(jī)工業(yè)研究中心的機(jī)械模型注解18六、應(yīng)用實(shí)例工業(yè)SONY公司TransVision增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)樣機(jī)系統(tǒng)參與者看到的圖