增強現(xiàn)實技術導論

序
前言
第1章引言1
1.1增強現(xiàn)實技術的概念和發(fā)展1
1.1.1虛擬現(xiàn)實技術2
1.1.2增強現(xiàn)實技術3
1.1.3增強現(xiàn)實技術與虛擬現(xiàn)實技術的比較4
1.1.4增強現(xiàn)實系統(tǒng)的性能評價6
1.2增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的硬件與軟件包7
1.2.1增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的硬件7
1.2.2增強現(xiàn)實系統(tǒng)軟件包16
1.2.3增強現(xiàn)實技術的國內外研究機構17
1.3增強現(xiàn)實技術的難點19
1.3.1增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的頭盔顯示技術20
1.3.2增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的跟蹤注冊技術22
1.3.3增強現(xiàn)實系統(tǒng)的交互技術24
1.4增強現(xiàn)實技術的應用領域27
參考文獻38
第2章增強現(xiàn)實系統(tǒng)的顯示技術43
2.1顯示設備的分類及概述43
2.1.1屏幕顯示器43
2.1.2頭盔顯示器48
2.1.3投影式頭盔顯示器52
2.1.4視網(wǎng)膜直接成像顯示器55
2.1.5投影顯示設備56
2.1.6智能可穿戴顯示設備60
2.2.1自由曲面頭盔顯示器61
2.2.2全息波導型頭盔顯示器62
2.2.3幾何波導型頭盔顯示器63
2.2.4高性能頭盔顯示技術64
2.2.5真實立體感頭盔顯示技術66
2.3增強現(xiàn)實頭盔顯示器的設計要點73
2.3.1頭盔顯示器的組成與原理73
2.3.2頭盔顯示器的光學系統(tǒng)設計要點74
2.3.3部分國內外頭盔顯示器的設計77
參考文獻80
第3章增強現(xiàn)實系統(tǒng)的標定86
3.1攝像機的幾何模型和坐標變換86
3.1.1圖像坐標系與像素坐標系87
3.1.2圖像坐標系與攝像機坐標系87
3.1.3攝像機坐標系與世界坐標系88
3.2攝像機標定89
3.2.1線性模型的攝像機標定89
3.2.2基于平面方格點的攝像機標定92
3.2.3非線性模型的攝像機標定95
3.3基于透視式頭盔顯示器的增強現(xiàn)實系統(tǒng)標定95
3.3.1視頻透視式增強現(xiàn)實系統(tǒng)的標定95
3.3.2光學透視式頭盔顯示器的標定技術96
參考文獻104
第4章基于標識的增強現(xiàn)實跟蹤注冊技術106
4.1基于標識的跟蹤注冊技術概述108
4.2常用的標識點111
4.2.1ARToolkit方形標識點111
4.2.2SCR標識點系統(tǒng)116
4.2.3環(huán)形標識點118
4.2.4Sony計算機實驗室標識點121
4.2.5室內裝飾性人工標識122
4.2.6紅外標識系統(tǒng)125
4.3各種人工標識系統(tǒng)中的識別定位算法比較127
4.3.1人工標識的形狀128
4.3.2標識的顏色128
4.3.3定位標識區(qū)域129
4.3.4標識的可識別范圍129
4.3.5特征點提取130
4.3.6標識的編碼信息量130
4.3.7理想特征的概要130
參考文獻130
第5章無標識增強現(xiàn)實三維跟蹤注冊134
5.1基于場景平面的增強現(xiàn)實跟蹤注冊135
5.1.1系統(tǒng)初始化135
5.1.2攝像機位姿估計136
5.1.3實驗結果137
5.2基于模型和關鍵幀的注冊方法138
5.2.13D場景模型與關鍵幀的創(chuàng)建138
5.2.2選擇參考圖像幀139
5.2.3寬基線匹配140
5.2.4攝像機位姿求解141
5.2.5實驗結果142
5.2.6算法評價142
5.3基于圖像匹配的無標識跟蹤注冊方法144
5.3.1關鍵幀匹配144
5.3.22D圖像匹配算法145
5.3.3實驗結果147
5.4基于SIFT特征的無標識點跟蹤注冊方法148
5.4.1SIFT特征描述算子149
5.4.2SIFT關鍵點的匹配150
5.4.3基于SIFT特征的攝像機位姿估計151
5.5基于運動結構重建的跟蹤注冊算法152
5.5.1MonoSLAM算法152
5.5.2PTAM算法153
5.6混合跟蹤注冊157
5.6.1根據(jù)傳感器類型分類158
5.6.2根據(jù)傳感器融合方式分類160
5.7無標識跟蹤注冊算法的未來研究方向162
參考文獻163
第6章移動增強現(xiàn)實系統(tǒng)169
6.1概述169
6.2移動增強現(xiàn)實系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀171
6.2.1移動增強現(xiàn)實技術的學術研究171
6.2.2移動增強現(xiàn)實技術的商業(yè)應用174
6.3面向智能手機的移動增強現(xiàn)實核心技術178
6.3.1主體結構框架179
6.3.2跟蹤定位算法181
6.3.3海量場景的目標識別183
6.3.4人機交互方式185
6.3.5數(shù)據(jù)通信和傳輸185
6.3.6功耗186
6.4Android系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境187
6.4.1Android操作系統(tǒng)187
6.4.2手機硬件環(huán)境和軟件開發(fā)環(huán)境189
6.4.3OpenCV庫編譯和基于NDK的開發(fā)190
6.4.4部分增強現(xiàn)實功能實現(xiàn)191
參考文獻199
第7章增強現(xiàn)實技術的應用實例———輕量級飛行模擬器203
7.1增強現(xiàn)實輕量級飛行模擬器203
7.1.1系統(tǒng)功能203
7.1.2系統(tǒng)結構204
7.1.3座艙視景的虛實融合原理206
7.1.4樣機系統(tǒng)實現(xiàn)與測試208
7.2改進型增強現(xiàn)實輕量級飛行模擬器212
7.2.1改進型增強現(xiàn)實飛行座艙系統(tǒng)設計212
7.2.2座艙頭部跟蹤系統(tǒng)的實驗模擬213
7.2.3跟蹤器的實驗對比結果214
參考文獻215
第8章增強現(xiàn)實技術的應用實例———圓明園定點觀景器216
8.1第一代定點增強現(xiàn)實觀景器216
8.2第二代增強現(xiàn)實定點觀景器219
8.2.1第二代增強現(xiàn)實定點系統(tǒng)的優(yōu)點219
8.2.2第二代系統(tǒng)的構建220
8.2.3增強現(xiàn)實定點觀景器的用戶使用情況調查221
8.3AR-View增強現(xiàn)實定點觀景器224
8.4隨動式增強現(xiàn)實定點觀景器226
8.4.1系統(tǒng)構成229
8.4.2樣機設備與操作使用229