增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)導(dǎo)論

序
前言
第1章引言1
1.1增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念和發(fā)展1
1.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)2
1.1.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)3
1.1.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的比較4
1.1.4增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)6
1.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的硬件與軟件包7
1.2.1增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的硬件7
1.2.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件包16
1.2.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)17
1.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的難點(diǎn)19
1.3.1增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的頭盔顯示技術(shù)20
1.3.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的跟蹤注冊(cè)技術(shù)22
1.3.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的交互技術(shù)24
1.4增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域27
參考文獻(xiàn)38
第2章增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的顯示技術(shù)43
2.1顯示設(shè)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(shè)備56
2.1.6智能可穿戴顯示設(shè)備60
2.2.1自由曲面頭盔顯示器61
2.2.2全息波導(dǎo)型頭盔顯示器62
2.2.3幾何波導(dǎo)型頭盔顯示器63
2.2.4高性能頭盔顯示技術(shù)64
2.2.5真實(shí)立體感頭盔顯示技術(shù)66
2.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔顯示器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)74
2.3.3部分國(guó)內(nèi)外頭盔顯示器的設(shè)計(jì)77
參考文獻(xiàn)80
第3章增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的標(biāo)定86
3.1攝像機(jī)的幾何模型和坐標(biāo)變換86
3.1.1圖像坐標(biāo)系與像素坐標(biāo)系87
3.1.2圖像坐標(biāo)系與攝像機(jī)坐標(biāo)系87
3.1.3攝像機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系88
3.2攝像機(jī)標(biāo)定89
3.2.1線性模型的攝像機(jī)標(biāo)定89
3.2.2基于平面方格點(diǎn)的攝像機(jī)標(biāo)定92
3.2.3非線性模型的攝像機(jī)標(biāo)定95
3.3基于透視式頭盔顯示器的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)標(biāo)定95
3.3.1視頻透視式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的標(biāo)定95
3.3.2光學(xué)透視式頭盔顯示器的標(biāo)定技術(shù)96
參考文獻(xiàn)104
第4章基于標(biāo)識(shí)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)跟蹤注冊(cè)技術(shù)106
4.1基于標(biāo)識(shí)的跟蹤注冊(cè)技術(shù)概述108
4.2常用的標(biāo)識(shí)點(diǎn)111
4.2.1ARToolkit方形標(biāo)識(shí)點(diǎn)111
4.2.2SCR標(biāo)識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)116
4.2.3環(huán)形標(biāo)識(shí)點(diǎn)118
4.2.4Sony計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)識(shí)點(diǎn)121
4.2.5室內(nèi)裝飾性人工標(biāo)識(shí)122
4.2.6紅外標(biāo)識(shí)系統(tǒng)125
4.3各種人工標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中的識(shí)別定位算法比較127
4.3.1人工標(biāo)識(shí)的形狀128
4.3.2標(biāo)識(shí)的顏色128
4.3.3定位標(biāo)識(shí)區(qū)域129
4.3.4標(biāo)識(shí)的可識(shí)別范圍129
4.3.5特征點(diǎn)提取130
4.3.6標(biāo)識(shí)的編碼信息量130
4.3.7理想特征的概要130
參考文獻(xiàn)130
第5章無(wú)標(biāo)識(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)三維跟蹤注冊(cè)134
5.1基于場(chǎng)景平面的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)跟蹤注冊(cè)135
5.1.1系統(tǒng)初始化135
5.1.2攝像機(jī)位姿估計(jì)136
5.1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果137
5.2基于模型和關(guān)鍵幀的注冊(cè)方法138
5.2.13D場(chǎng)景模型與關(guān)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(jī)位姿求解141
5.2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果142
5.2.6算法評(píng)價(jià)142
5.3基于圖像匹配的無(wú)標(biāo)識(shí)跟蹤注冊(cè)方法144
5.3.1關(guān)鍵幀匹配144
5.3.22D圖像匹配算法145
5.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果147
5.4基于SIFT特征的無(wú)標(biāo)識(shí)點(diǎn)跟蹤注冊(cè)方法148
5.4.1SIFT特征描述算子149
5.4.2SIFT關(guān)鍵點(diǎn)的匹配150
5.4.3基于SIFT特征的攝像機(jī)位姿估計(jì)151
5.5基于運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)重建的跟蹤注冊(cè)算法152
5.5.1MonoSLAM算法152
5.5.2PTAM算法153
5.6混合跟蹤注冊(cè)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(wú)標(biāo)識(shí)跟蹤注冊(cè)算法的未來研究方向162
參考文獻(xiàn)163
第6章移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)169
6.1概述169
6.2移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀171
6.2.1移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的學(xué)術(shù)研究171
6.2.2移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用174
6.3面向智能手機(jī)的移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)核心技術(shù)178
6.3.1主體結(jié)構(gòu)框架179
6.3.2跟蹤定位算法181
6.3.3海量場(chǎng)景的目標(biāo)識(shí)別183
6.3.4人機(jī)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(jī)硬件環(huán)境和軟件開發(fā)環(huán)境189
6.4.3OpenCV庫(kù)編譯和基于NDK的開發(fā)190
6.4.4部分增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能實(shí)現(xiàn)191
參考文獻(xiàn)199
第7章增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例———輕量級(jí)飛行模擬器203
7.1增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輕量級(jí)飛行模擬器203
7.1.1系統(tǒng)功能203
7.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)204
7.1.3座艙視景的虛實(shí)融合原理206
7.1.4樣機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試208
7.2改進(jìn)型增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輕量級(jí)飛行模擬器212
7.2.1改進(jìn)型增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)飛行座艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)212
7.2.2座艙頭部跟蹤系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M213
7.2.3跟蹤器的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果214
參考文獻(xiàn)215
第8章增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例———圓明園定點(diǎn)觀景器216
8.1第一代定點(diǎn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)觀景器216
8.2第二代增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定點(diǎn)觀景器219
8.2.1第二代增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定點(diǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)219
8.2.2第二代系統(tǒng)的構(gòu)建220
8.2.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定點(diǎn)觀景器的用戶使用情況調(diào)查221
8.3AR-View增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定點(diǎn)觀景器224
8.4隨動(dòng)式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定點(diǎn)觀景器226
8.4.1系統(tǒng)構(gòu)成229
8.4.2樣機(jī)設(shè)備與操作使用229