增强现实技术综述
增强现实应用研究

现 实 (virtual reality,VR)是 目前 计算 机学 科 的主流 方 向 ,也 是近 期 的研 究热 点.虚拟 现 实技 是21世 纪影 响人 类 生活 的一 项重 要 技术 ,具有 重要 的 理论 价值 和广 泛 的应 用价 值 ,在 2006年 列 入 国家 中长 期科 学 与技 术发 展规 划纲 要 .增 强现 实 (augmented reality,AR)是虚 拟现 实技 术 的拓展 ,它 是一 种 能够 把虚 拟对 象 与真 实 环境 紧密 结合起 来 , 以增 强人 们对 真 实环 境 的理 解 与体 验 的 技 术 .目前 ,对 于增 强 现 实 的概 念 , 尚没 有 一个 统一 的 定义 .但 一般 认 为 ,增 强现 实技 术 是借 助 于三 维 显 示 技 术 、交 互 技术 、 多种 传感 技 术 、计算 机 视觉 技 术 以及 计算 机 图形 学技 术把 计 算机 生 成 的三 维虚 拟对 象 融 合 到用 户 所要 体验 的真 实环 境 中的 一种 技 术 ,其 目的在于 通过 把 计算 机 生成 的 虚拟 对象 与 真 实环 境 融 为 一体 的方 式来 增 强用 户对 真实 环境 的理 解.它强 调三 维虚 拟对象 与 真实世 界 的合 成与 交互 ,为解 决医 疗 手 术 、机 械装 配 、 电子 学 习等领域 中的应用 问题提 供 了新 的技 术手 段【1’ .
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王贞东 等
增强现实应用研究
了详 尽 的综 述 .国外 各 个 研 究机 构 利 用 增 强现 实技 术 开 发很 多系 统 ,广 泛 应 用 于 社会 各 个 领域 , 比如 : Billinghurst等 的Magic Book使 用 手 持增 强 现 实 显 示器 和 视 频跟 踪 技 术 叠 加虚 拟 三 维模 型 到 真 实 的书 页 上 ,实现 了在真 实 和虚 拟之 间 无缝 变换 的可转 换 混合现 实 界面 .由于增 强现 实 可 以在真 实环 境 中叠 加虚拟 信 息 ,这 就为协 同工作 的用 户 群提 供 了新 的交 流环 境 .因此 ,上世 纪90年代 开 始研 究者 开始 关注 协 同增 强 现 实 的研 究与应 用 ,代表 的系统 如Studiersube【6】、Shared Space[7]等.近 年 来一 些研 究也 开始 关注 用手 持设 备 作 为 显示 设 备 , 以实现 协 同交 互 ,如文 献 [8,9]中提 到 的系统 .支持 多 人 同位 (co-located)协 作 的界 面 或 交 互技 术在 过 去 的群件 (groupware)系 统有 比较丰 富 的研 究成 果 ,但 增 强现 实环 境 下面 临更 复 杂 的情 况 ,这 些都 为增 强现 实交 互界 面 的设计提 出了新 的挑 战.
2025年神经外科出科小结精编(5篇)

2025年神经外科出科小结精编____年神经外科出科小结在过去的几十年里,神经外科作为一门重要的医学专业,取得了巨大的进步和发展。
随着技术的不断创新和医疗水平的提高,神经外科手术在过去的一年里也取得了长足的进步。
本文将对____年的神经外科出科情况进行综述,总结该年度在神经外科领域的新进展和突破。
一、技术创新与进步虚拟现实和增强现实技术也在神经外科手术中得到了广泛应用。
通过使用虚拟现实设备和头戴显示器,医生可以在手术前进行非常精确的手术模拟和规划,提前了解手术操作的难点和挑战,从而减少手术时间和并发症的发生。
增强现实技术则可以将实时影像和手术导航信息直接投影在手术视野中,使医生在手术过程中能够实时获取关键信息,提高手术的精确度和安全性。
二、脑机接口技术的突破脑机接口技术一直是神经外科研究的热点领域之一。
____年,脑机接口技术在神经外科手术中取得了一系列突破。
脑机接口技术在脑机界面的稳定性和耐久性方面取得了重要进展。
通过改进材料和设计,研究人员成功地提高了脑机接口设备在体内的稳定性和远期耐受性,为脑机接口技术的应用提供了更好的基础。
脑机接口技术在运动恢复和病理状态调节方面也取得了显著进展。
研究人员通过将脑机接口与外部设备和人工智能系统相结合,实现了对运动失调和病理状态的实时调节和干预。
这种技术的应用不仅可以提高患者的生活质量,还可以为治疗神经系统疾病打开新的治疗途径。
三、基因编辑技术在神经外科的应用基因编辑技术是近年来医学研究的重要热点之一,对于神经外科来说也不例外。
在____年,基因编辑技术在神经外科的应用取得了一定的突破。
基因编辑技术在神经系统疾病的治疗方面发挥了重要作用。
研究人员通过使用CRISPR等基因编辑工具,成功地对神经系统疾病相关基因进行了修饰和调节,改善了神经系统疾病的症状和进程。
例如,通过基因编辑技术,研究人员成功地矫正了某些遗传性神经退行性疾病中的突变基因,为这类疾病的治疗提供了新的思路和方法。
VRAR技术计划书

VRAR技术计划书标题:VR/AR技术计划书【引言】VR(Virtual Reality,虚拟现实)和AR(Augmented Reality,增强现实)技术是近年来迅猛发展的前沿技术,在多个领域中取得了广泛的应用。
本计划书旨在探讨VR/AR技术的潜力和应用范围,并提出相应的发展计划,以期推动我司在该领域的创新与发展。
【背景】VR/AR技术是一种通过计算机生成的视觉和声音模拟,以及虚拟内容与现实世界的交互,使用户能够融入虚拟世界或在现实世界中获得增强的信息体验。
它们在游戏、教育、医疗、设计等领域中具有广阔的应用前景,为用户提供沉浸式的、逼真的体验,促进了用户与信息的互动。
【目标】1. 深入研究VR/AR技术的最新发展和应用趋势;2. 挖掘VR/AR技术在不同领域中的商业价值;3. 提出具体的实施计划,推动我司在VR/AR技术领域的创新与应用。
【方法】1. 研究文献综述:通过研读相关学术期刊、技术报告和专业书籍,了解VR/AR技术的发展历程、应用案例和前沿技术。
2. 市场调研:通过实地调研和网络调查,了解VR/AR技术在不同领域的商业前景、竞争现状和用户需求。
3. 技术实验与验证:建立团队,开展VR/AR技术的实验研究,验证其在不同场景中的可行性和优势。
4. 合作伙伴拓展:与相关领域的企业、高校和研究机构进行合作,实现资源共享和技术创新。
【时间表】1. 第一阶段(1-3个月):进行初步的文献综述和市场调研,了解VR/AR技术的现状和市场需求。
2. 第二阶段(4-6个月):根据市场需求和技术可行性,选择重点领域进行技术实验与验证。
3. 第三阶段(7-9个月):与合作伙伴进行深度合作,共同开展VR/AR技术的创新研究和应用开发。
4. 第四阶段(10-12个月):整理实验数据和成果,撰写技术报告和应用案例,并推动相关产品的商业化发展。
【成果】1. 技术成果:总结VR/AR技术的发展趋势和应用实践,提出相应的技术创新成果。
研究综述范文

摘要:随着信息技术的飞速发展,人工智能(Artificial Intelligence,AI)逐渐成为教育领域的研究热点。
本文通过对近年来人工智能在教育领域的应用研究进行综述,分析了人工智能在教育领域的应用现状、挑战及发展趋势,以期为我国教育信息化建设提供参考。
一、引言人工智能作为一门交叉学科,近年来在我国得到了快速发展。
在教育领域,人工智能的应用主要体现在智能教学、智能评价、智能辅导等方面。
本文将从这几个方面对人工智能在教育领域的应用研究进行综述。
二、人工智能在教育领域的应用现状1. 智能教学(1)个性化教学:人工智能可以根据学生的个性、兴趣和需求,为学生提供个性化的教学方案,提高教学效果。
(2)智能辅导:利用人工智能技术,为学生提供实时、个性化的辅导,帮助学生解决学习中的难题。
(3)虚拟教师:通过虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术,为学生创建一个虚拟教学环境,提高学生的学习兴趣。
2. 智能评价(1)自动批改作业:利用人工智能技术,自动批改学生的作业,提高教师工作效率。
(2)智能测试:通过人工智能技术,设计出具有针对性的智能测试,提高测试的公平性和有效性。
3. 智能辅导(1)自适应学习:根据学生的学习进度和掌握程度,为学生推荐合适的学习资源,提高学习效果。
(2)情感分析:通过分析学生的情绪变化,为教师提供针对性的教学建议。
三、人工智能在教育领域的挑战1. 数据安全问题:人工智能在教育领域的应用需要大量学生数据,如何保障数据安全成为一大挑战。
2. 伦理问题:人工智能在教育领域的应用可能会引发一些伦理问题,如隐私保护、歧视等。
3. 教师角色转变:人工智能的应用可能会对教师的角色产生影响,教师需要不断学习和适应新技术。
四、人工智能在教育领域的发展趋势1. 深度学习在教育领域的应用将更加广泛。
2. 人工智能与虚拟现实、增强现实等技术的结合,将为教育领域带来更多创新。
3. 人工智能在教育评价、个性化教学等方面的应用将不断深化。
综述投稿中稿件创新点名称

综述投稿中稿件创新点名称某综述投稿中的稿件创新点名称为“混合现实技术在教育领域的应用”,本文将对该创新点进行详细探讨。
混合现实技术(Mixed Reality,简称MR)是一种将虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)和增强现实(Augmented Reality,简称AR)相结合的技术,通过将虚拟对象与真实世界进行融合,使用户可以与虚拟世界进行互动。
在教育领域,混合现实技术的应用为教学带来了全新的可能性。
首先,混合现实技术可以提供更加生动和直观的教学内容。
传统的教学方式通常是通过文字、图表或幻灯片等静态媒体进行教学,而混合现实技术可以将教学内容以虚拟的形式呈现给学生,使学生能够身临其境地参与其中,增强学习的体验感。
混合现实技术可以提供更加个性化的学习体验。
每个学生的学习风格和能力不同,传统的教学方式往往无法满足所有学生的需求。
而通过混合现实技术,教师可以根据学生的特点和需求,为每个学生量身定制个性化的学习内容和任务,使学生能够更好地理解和掌握知识。
混合现实技术还可以提供更加互动和合作的学习环境。
传统的教学方式通常是教师为主导,学生被动接受知识。
而通过混合现实技术,学生可以与虚拟对象进行互动,参与到教学过程中,从而增强学生的学习主动性和参与度。
同时,教师还可以通过混合现实技术创建多人协作的学习环境,使学生之间可以相互交流和合作,共同完成学习任务。
混合现实技术还可以提供更加真实和实践的学习体验。
传统的教学方式往往只能通过文字和图表来描述抽象的概念和过程,而混合现实技术可以将抽象的概念和过程以虚拟的形式展现出来,使学生能够更加直观地理解和体验。
例如,在学习化学反应的过程中,学生可以通过混合现实技术模拟实际的实验过程,观察和探索不同条件下的反应结果,从而更好地理解化学原理。
混合现实技术在教育领域的应用为教学带来了全新的可能性。
通过提供生动、个性化、互动和实践的学习体验,混合现实技术可以帮助教师提高教学效果,激发学生的学习兴趣和动力,促进学生的深度理解和综合能力的培养。
元宇宙技术综述

元宇宙技术综述一、本文概述随着科技的飞速发展,元宇宙已逐渐成为科技领域的新热点,其概念和应用正在不断拓展和深化。
元宇宙,一个由无数个虚拟世界组成的庞大网络,每个虚拟世界都可以看作是一个独立的宇宙,人们可以在其中进行各种活动,包括社交、娱乐、工作、学习等。
它利用先进的技术手段,如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)以及()等,为人们提供了前所未有的沉浸式体验。
本文旨在全面综述元宇宙技术的最新发展、主要应用领域以及未来趋势。
我们将首先介绍元宇宙的基本概念及其发展历程,然后详细阐述构建元宇宙所需的关键技术,包括虚拟现实、增强现实、混合现实等。
接着,我们将探讨元宇宙在各领域的应用实践,如娱乐、教育、医疗、社交等,并分析其对社会和经济的影响。
我们将展望元宇宙技术的未来发展趋势,探讨其可能面临的挑战和机遇。
通过本文的综述,我们希望能够为读者提供一个全面、深入的了解元宇宙技术的窗口,同时激发更多人对元宇宙技术的兴趣和热情,推动其在各个领域的广泛应用和发展。
二、元宇宙技术基础元宇宙,作为一个融合了多种先进技术的全新数字空间,其技术基础涵盖了多个领域。
要构建一个完整、沉浸式的元宇宙体验,需要依赖的关键技术包括虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、()、区块链以及云计算等。
虚拟现实(VR)技术为元宇宙提供了基础的空间构建能力。
通过头戴式显示设备,用户能够进入一个完全由计算机生成的三维环境中,实现与虚拟世界的交互。
VR技术不仅提供了视觉上的沉浸感,还通过立体声音效、触感反馈等多种手段,为用户打造了一个全方位、多感官的虚拟体验。
增强现实(AR)技术则更进一步,它将虚拟信息叠加到真实世界中,使用户能够在保持与现实环境互动的同时,享受到由计算机生成的额外信息。
在元宇宙中,AR技术常被用于创建更加自然和直观的用户界面,例如通过手势识别或语音交互来操控虚拟对象。
混合现实(MR)则是VR和AR的结合体,它旨在将虚拟世界和真实世界无缝融合,创造出一种既非完全真实又非完全虚拟的混合体验。
模糊数学在现实中的应用

模糊数学在现实中的应用随着科技的不断发展,虚拟现实技术已经成为医学领域中不可或缺的一部分。
虚拟现实技术可以创建逼真的虚拟环境,通过模拟真实病例,使医生能够更好地掌握医疗技能和提高应急处理能力。
本文将围绕虚拟现实技术在医学中的应用展开讨论,希望能够帮助大家更好地了解这一技术的实际应用。
关键词:虚拟现实技术、医学、医疗培训、医学实验、康复治疗虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术。
它通过模拟真实环境,使用户能够身临其境地感受虚拟场景,并可以在其中进行交互。
近年来,虚拟现实技术在医学领域的应用逐渐受到广泛,它为医学教育和医疗服务提供了新的方法和手段。
在医疗培训方面,虚拟现实技术具有非常显著的优势。
通过模拟各种真实病例,医生可以在虚拟环境中进行实践操作,提高医疗技能和应急处理能力。
例如,在手术培训中,虚拟现实技术可以模拟出各种手术场景,医生可以在其中进行实践操作,提高手术技巧。
同时,虚拟现实技术还可以用于培训急救技能,医生可以通过模拟急救场景,熟练掌握急救技能和方法。
虚拟现实技术可以帮助医生完成复杂的医学实验。
在虚拟环境中,医生可以模拟出各种实验条件和情境,对于一些难以实现的医疗技术进行探索和研究。
例如,通过虚拟现实技术,医生可以模拟出人体内部的各种病理条件,进行药物作用和治疗效果的实验。
这不仅有助于医生更好地了解药物的作用机制和治疗效果,还能够为新药开发和治疗方案提供有力的支持和参考。
虚拟现实技术对康复治疗也有很大的帮助。
医生可以通过虚拟现实技术创建各种康复治疗场景,为患者制定个性化的康复方案。
例如,对于一些神经系统疾病患者,医生可以运用虚拟现实技术进行康复治疗实验,通过模拟各种生活场景和运动模式,帮助患者恢复神经系统功能。
虚拟现实技术还可以用于疼痛管理和物理疗法等方面,为患者提供更加有效的康复治疗服务。
虚拟现实技术在医学中的应用对医疗事业的发展具有重要的意义和广阔的前景。
通过虚拟现实技术,医生可以更加深入地了解疾病的病理机制和治疗方案,提高医疗技能和应急处理能力。
基于移动增强现实的跟踪注册方法研究

基于移动增强现实的跟踪注册方法研究基于移动增强现实的跟踪注册方法研究摘要:随着移动增强现实(Mobile Augmented Reality)技术的迅猛发展,跟踪注册方法成为了该领域中的一个关键问题。
本文通过对基于移动增强现实的跟踪注册方法进行研究,总结了已有的研究成果,并提出了一种基于特征提取与匹配的跟踪注册方法。
通过实验验证,该方法具有较高的准确性和稳定性,可为移动增强现实应用的实际推广和发展提供有力支持。
关键词:移动增强现实;跟踪注册;特征提取与匹配;准确性;稳定性一、引言移动增强现实技术是一种将虚拟信息与真实场景相结合的技术,其应用领域广泛,包括游戏娱乐、教育培训、工业制造等。
其中,跟踪注册是移动增强现实技术中的一个核心问题,其主要目标是实现在真实场景中准确追踪并注册虚拟模型。
目前,已有很多研究致力于开发各种跟踪注册方法,包括标记-追踪方法、基于特征的方法等。
然而,由于移动增强现实的特殊性(如设备限制、场景变化等),这些方法在实际应用中存在一些问题,如准确性不高、稳定性差等。
因此,开发一种适用于移动增强现实的跟踪注册方法具有重要意义。
二、已有研究综述1. 标记-追踪方法标记-追踪方法是一种常见的跟踪注册方法,其通过在真实场景中放置标记点,并通过识别标记点来实现对虚拟模型的追踪。
该方法的优点在于可以实现准确的位置和姿态追踪,但缺点是需要事先放置标记点,在实际应用中不太方便。
2. 基于特征的方法基于特征的方法是另一种常见的跟踪注册方法,其通过提取并匹配场景中的特征点来实现跟踪和注册。
该方法的优点在于不需要额外的标记点,并且可以适应场景变化,但缺点是在一些复杂场景中,特征提取和匹配存在困难。
三、基于特征提取与匹配的跟踪注册方法为了解决移动增强现实中跟踪注册方法存在的问题,本文提出了一种基于特征提取与匹配的跟踪注册方法。
该方法主要包括以下步骤:1. 特征提取首先,从真实场景中提取特征点,可以使用SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)算法或SURF(Speeded-Up Robust Features)算法等进行特征提取。
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增强现实技术综述马福强(北京理工大学光电学院)摘要:增强现实是指将虚拟物体叠加到显示场景中,并支持使用者与其进行交互,它已经成为当今虚拟现实研究中的一个重要分支。
本文首先概述了增强现实领域内的主要研究内容和进展情况,并对增强现实的实现系统进行了描述,然后重点介绍了增强现实中的关键技术及现在取得的一些成果,最后描述了增强现实的广泛应用和广阔的应用前景。
关键词:增强现实,跟踪注册,显示技术1、引言增强现实(Augmented Reality, AR)是虚拟现实(Virtual Reality, VR)的基础上发展起来的,AR是VR的技术延伸,同时两者又有着明显的界线与区别。
VR 是将计算机图形学、计算机仿真技术、人机交互技术、传感技术、人工智能、多媒体技术等综合集成,产生逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的三维虚拟环境,使用者可以自然地和虚拟环境中的客体进行交互,相互影响。
与VR所要达到的完全沉浸在虚拟环境中的效果不同的是,AR的目标是将计算机生成的文本信息、图像、虚拟3D模型、视频或场景等实时准确的叠加到使用者所感知的真实景物上,实现虚拟场景和真实场景的有机融合。
因此AR是虚拟环境与真实场景之间的一座桥梁,实现了对现实世界信息的增强,提高使用者对真实世界的感知能力。
在AR中,使用者同样可以通过各种方式来与虚拟物体进行交互。
AR技术不仅提供了一种更容易实现的虚拟现实的方法,更代表了下一代更易使用的人机界面的发展趋势。
近年来,随着计算机性能的提高和图形学与视觉技术的发展,AR技术逐渐成为了国内外广大学者们研究的热点,其应用领域也越来越广泛,包括医疗、军事、工业、教育、娱乐、城市规划、旅游展览和可视化信息检索服务等。
美国巴特尔研究所将AR技术列为二十一世界十大最具战略意义的技术之一。
2、增强现实的研究与进展2.1、国外研究与进展20世纪90年代初期,波音公司的Tom Caudell和他的同事第一次提出了“增强现实”(Augmented Reality)的概念[1]。
但不得不说的是在1966年,美国人伊万萨瑟兰(Ivan Sutherland)教授发明了头盔显示器,并在1968年使用光学透视头盔显示器开发了世界上第一套增强现实系统,同时也是第一套虚拟现实系统[2]。
此后的二十多年中增强现实技术一直是一些机构的研究热点,直到波音公司在飞机铺线工作中将材料的虚拟信息添加到工作人员的头盔显示器中帮助工作人员工作,才在真正意义上实现了将计算机产生的虚拟信息叠加到真实环境中。
实时出现在机械师视线中的虚拟信息为他们提供了指导,提高了工作效率,而增强现实技术由此也受到工业界的重视。
随着移动计算机和跟踪设备取得重大突破,在90年代中后期,哥伦比亚大学开发出了最早用于户外的移动增强现实原型系统——Touring Machine,该系统通过向游客的头盔显示器中添加与游客视野中建筑和文物相关的3D图形信息为游客提供游览帮助[3]。
此后增强现实系统则遍地开花,陆续出现在了各行各业,例如齐妮尔(Kirner)、克劳迪奥(Claudio)等学者运用增强现实技术,改善了网络环境中人际交流的方式[4];兰姆(Lam)、阿尔伯特(Albert H.T)等人结合真实世界的游戏与电脑游戏的优点,开发出一款名为“增强现实桌”(Augmented Reality Table)的游戏,它利用头盔式摄像机来感知纸牌的输入和真人玩家的命令操作,通过交互式的游戏环境使真人玩家与3D模型玩家进行互动,从而产生更有吸引力的用户体验[5];2012年4月4日,美国著名互联网巨头谷歌公布的“Project Glass”的电子眼镜产品计划,即谷歌眼镜,这款增强现实产品具有智能手机所能提供的各类服务,镜片具有微型显示屏的功能,其可将信息传送至镜片,并允许课穿戴用户通过声音控制收发信息[6]。
另外,在著名打印机生产商爱普生的协助下,创业公司Meta也开发出了一款现实增强眼镜,它主要借助独特的双手立体空间手势识别功能,搭载了爱普生生产的Moverio BT-100可穿戴式双眼显示器,并在设备顶端配备了低延迟的三维摄像机,虽然这款设备仍处于原型研发阶段,但该设备有望给增强现实设备领域带来革命性的影响[7]。
学术界也不失时机的开展了对增强现实技术的研究,国内外知名大学和研究机构的力量投入推动了增强现实技术的发展。
查启亚农(Zakiah Noh)等学者探讨了如何使计算机生成的虚拟物体更好地与真实场景的融合方法[8];而Knorlein等学者则针对增强现实应用系统中不可避免地出现视觉延迟的现象进行了实验验证[9]。
同时很多学者在增强现实技术所涉及到的摄像机实时跟踪、三维标定、虚实融合、视频帧处理、虚拟场景的高逼真渲染及人机交互等技术领域取得了一定成果。
2.2、国内研究与进展国内有关增强现实技术的研究相比国外而言起步明显较晚,但在近几年也得到了深入发展,北京理工大学光电信息技术与颜色工程研究所、浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室、电子科技大学移动计算机研究中心、国防科技大学等高校开展了增强现实技术的系统研究,在AR现实技术、摄像机校准算法、跟踪注册算法等方面取得了一定成果。
其中,北京理工大学较早的将增强现实技术应用到文物复原中,并在2002年提出,2006年正式实施完成了运用增强现实技术数字化重建圆明园计划[10],在之后的研究中,北京理工大学还将增强现实技术应用到模拟军事演练中;国防科技大学对基于增强现实的虚拟实景空间的研究与实现[11];华中科技大学对基于增强现实的遥操作关键技术进行了研究,提出了一种基于视觉的增强现实跟踪注册方法和基于实时定标策略的虚实配准方法,设计了一种基于标示焦点与全局单应性矩阵相结合的三维注册方法[12];浙江大学以基于定位标记的视频检测为基础,从增强现实环境中的阴影生成方法和光线检测算法入手,提出以场景管理为核心的增强现实软件框架ARSGF[13]。
在国内增强现实的应用也得到了快速发展,其中2013年央视春晚的科技感和观赏性十足的舞台效果让亿万观众有一个全新的体验,其中增强现实等3D互动技术的应用,使舞台空间变化、意向环境等呈现在电视屏幕上,给电视观众带来了前所未有的视觉冲击。
此后,增强现实广泛应用于媒体界。
除此之外,增强现实技术还广泛应用于军事训练、建筑规划等多个领域。
3、增强现实系统的关键技术增强现实技术的三大特征是虚实结合、实时交互和三维尺度上的匹配,这主要通过显示技术、交互技术、多种传感技术和计算机图形与多媒体技术等的结合来实现。
一个典型的增强现实系统通常由场景采集系统、跟踪注册系统、虚拟场景发生器、虚实合成系统、显示系统和人机交互界面等多个子系统构成。
其中,场景采集系统负责获取真实环境中的信息,如外界环境或视频;跟踪注册用于跟踪观察用户的头部方位和视线方向等;虚实合成系统是指虚拟场景和真实场景对准的定位设备和算法。
增强现实系统中,输入图像经过处理组织建立起实景空间,计算机生成虚拟对象依几何一致性嵌入实景空间中,形成虚实融合的增强现实环境;这个环境再输入到显示系统中呈现给使用者;最后使用者通过交互设备与场景环境进行互动。
其中,让虚实结合的注册步骤非常关键,和最后的显示输出端一起,决定了使用者对环境的最终感知效果。
而虚拟对象的生成也直接影响着使用者的体验效果。
因此称虚实结合的注册技术、虚拟对象的生成技术和显示技术为增强现实系统的三大关键技术。
3.1、跟踪注册技术为了实现虚拟信息和真实场景的无缝叠加,这就要求虚拟信息与真实环境再三维空间位置中进行配准注册。
这包括使用者的空间定位跟踪和虚拟物体在真实空间中的定位两个方面的内容。
而移动设备摄像头与虚拟信息的位置需要相对应,这就需要通过跟踪技术来实现。
跟踪注册技术首先检测需要“增强”的物体特征点以及轮廓,跟踪物体特征点并生成二维或三维坐标信息。
跟踪注册技术的好坏直接决定着增强现实系统的成功与否,常用的跟踪注册方法有四种:基于跟踪器的注册、基于机器视觉跟踪注册、基于无线网络的和混合跟踪注册技术。
基于跟踪器的注册方法普遍采用惯性、超声波、电磁、光学、无线电波或机械装置等进行跟踪。
其中,惯性导航装置通过惯性原理来测定使用者的运动加速度,通常所指的惯性装置包括陀螺仪和加速度计;超声波系统利用测量接受装置与3个已知超声波源的距离来判断使用者位置;电磁装置通过感应线圈的电流强弱来判断用户与人造磁场中心的距离,或利用地球磁场判断目标的运动方向;光学系统使用CCD传感器,通过测量各种目标对象和基准上安装LED发出的光纤来测量目标与基准之间的角度,并通过该角度计算移动目标的运动方向和距离;机械装置则是利用其各节点间的长度和节点连线间的角度定位各个节点。
基于机器视觉的跟踪注册主要有基准点法,模板匹配法,仿射变换法和基于运动图像序列的方法等。
其中,基准点方法需事先对相机进行标定,并设置相应的标记或基准点,然后对获取的图像进行分析,以计算相机的位置和姿态。
其原理是先从图像中提取一些已知的对象特征点,找到真实环境和图像中对应点的相关性,然后由相关性计算出对象姿态,这个过程就是对从世界坐标转换到摄像机坐标的模型视图矩阵的求解过程。
模板匹配法同样需要事先对相机标定内部参数,再通过图像分析处理提取环境中平面上的特定图形图案,并与已有的模板进行匹配,匹配成功即可确定该图案板的位置和姿态,因而确定要叠加在图案上虚拟对象的位置和姿态。
仿射变换法不易获得准确的深度信息和实时跟踪作为仿射坐标系基准的图像特征点;基于图像序列的方法难以保证观测点位置获取的实时性。
一个实际的增强现实系统,仅仅使用一种方法所获得的精度和使用范围都不能满足实际需要,又容易受到外界干扰,因而往往几种方法结合起来使用。
3.2、显示技术典型的增强现实应用除了上述技术之外,还依赖与设备的显示技术,为了达到逼真的虚实融合的展示效果,高效率的显示技术和显示设备必不可少。
目前,增强现实系统中的显示器可以分为头盔显示器(HMD)和非头盔显示设备。
目前,一般的增强现实系统主要使用透视式头盔显示器。
透视式头盔显示器主要由三个基本环节构成:虚拟信息显示通道、真实环境显示通道、图像融合及显示通道。
其中,虚拟信息的显示原理与虚拟现实系统所用的浸没式头盔显示器基本相同;图像融合与显示通道是与用户交互的最终接口,根据其中真实环境的表现方式,可分为基于CCD摄像原理的视频透视式头盔显示器和基于光学原理的光学透视式头盔显示器两类。
视频透视式头盔显示器首先由安装在头盔上的两个微型CCD摄像机摄取外部环境的图像,然后将计算机图像学生成的信息或图像叠加在摄像机视频上,通过视频信号融合器实现计算机生成的虚拟场景与真实场景融合,最后通过显示系统呈现给使用者。