基于增强现实的人机交互技术研究

2019-11-08王青青杜俭状

数字通信世界 2019年10期

王青青，杜俭状，王静

（1.长春理工大学光电信息学院，长春 130012：2.一汽模具制造有限公司，长春 130012）

增强现实是一门新兴的信息技术，是近年来的研究热点技术之一。增强现实技术在虚拟现实的基础上发展起来的，在发展之处存在着系统结构简单、显示效果很差，真实感严重不足等问题，到了90年代，随着图形图像处理技术的发展，增强现实技术得到了飞速的发展，国内外专家学者已经在AR系统的摄像机校准算法、虚拟物体的投影注册算法、AR中的遮挡问题、AR的工程应用等方面已经取得了一些研究成果[1]。

本文从基于增强现实的人机交互实现框架，技术实现方案以及技术的有效性等方面进行研究和分析，最后进行系统应用。

1 基于增强现实的交互技术

增强现实技术的实质是利用计算机生成虚拟物体、场景等，将其与真实存在的场景进行叠加，由此通过虚拟更进一步的对现实进行了增强，使得自然场景和虚拟场景之间能够有效的自然交互，具体的实现流程如图1所示。

图1 基于增强现实的交互技术实现流程图

实现过程为：

（1）图像采集

通过调用系统的内置的API接口，对摄像头所拍摄场景的图像进行采集和存储。

（2）图像预处理

图像预处理主要包括对图像的边缘进行增强、提取图像的轮廓等，这样的目的是为了便于后续的特征提取，图像进行预处理后得到的图像的边界清晰、明显可以减少特征提取的计算量。

（3）特征提取

本项目利用离散余弦算法（1）来判断相机得到的每帧图像和目标图片相似程度，令输入图像为M，已知图像为T，由此可以计算获取到二者之间的相似度，即为，其中，d是一个DCT距离公式（2），表示两个图像相似度。但相似度大于某个阈值Q时，则认为目标图片出现在实际场景中，其特征提取的效果图如图2所示。

图2 特征提取效果

（4）模型匹配

在进行模型匹配时主要是根据模式识别匹配算法，将摄像头捕获到的场景的id获取到，然后加载预设好映射关系的三维模型，从而对真实环境进行了有效的增强。

（5）三维注册和虚实内容合成渲染

对标识进行识别时本文采用的是基于计算机视觉的相机标定，在标定的过程中涉及到四个坐标系统，分别是世界坐标系，成像平面坐标系，相机坐标系和图像显示坐标系[2]，通过四个坐标系统的变化将三维图像转化为二维图像，然后利用三维转二维的变化关系，计算出二维点在真实三维空间的位置，并且利用摄像机内部参数和外部参数以及OpenGL将制作的三维模型映射到真实场景中个，并实现精确配准，由此将真实世界和虚拟场景实现了无缝融合。如图3所示。