增强现实技术及其应用研究
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领域 的应用 主要集 中在增 强战场环境 、军事训 练及作 战指挥
人工智能及识别技术
络 ,可 以减少一 些装备 ,同时也可 以大大提 高增强现 实系统
等方 面 。在军 事领域 中 ,真实环境 下融合虚 拟物体 ,可 以增 强真实战场场 景 。向系统 中输入位 置信息 ,系统不仅 能给使
用 者提供真 实的战场场景 ,而且能 够通过增 加虚拟 物体强调 肉眼无法看 见的环境信息 以及敌方 或 己方 的隐藏力量 来增强
动 性差 、合成影像 精度不够 高。真实感绘 制技术 的 目标 是将
真 实场景和计算 机生成 的虚 拟物体无缝合 成 ,并 最终使 观察
者感觉不到真实物体 和虚拟物体的区别 。
4 增强 现 实应 用 与展望
41 增 强 现 实 应 用 .
增 强现实 系统 由于 同时包 括虚 拟世 界和 真实 世界 环境 , 从 而有别 于单一 的虚拟环境 和真实环境 , 目前 已经广 泛地应 用于军事 、航 空航天 、医学 、商业等诸 多领域 。本文 主要介 绍增强 现实在军事和航空航天方面的应用。 美 国率先将增 强现实用 于军事领 域 ,在武 器系统 性能评 价 、武器操 纵训练及指 挥大规模军事 演习 3方面发挥 了重 大 作用 。他们 制定 了战争综 合演示厅计 划 、防务仿真交 互 网络
程 ,即先 根据 真实物 体确定 虚拟 物体与 观察 者之 间 的关 系 ,
然后 通过 正确 的投影将 虚拟 物体 投影至 观察 者的视 域范 围。 虚 实物体 配准要 求正 确 ( 延时 ) 无 、快速 ( 精确 、无抖 动)、 不受光 照 、遮挡 、物体运 动的影响 。 目前 ,设 备昂贵 、对外
模拟驾驶等方面都 采用 了增强现实技术。
美 国宇航局是增 强现实最 早的研究 单位 和应用者 。宇宙
飞船 及各类航 空器是需耗 费巨资的现代 化工具 ,而进入 宇宙
有大 量未知 、危险的 因素 ,因而模拟 各种航空 器可能 遇到 的 环境 ,不仅可节省大量费用 ,而且是十分必要 的。
42 增 强现 实展 望 .
2 增 强现实 的特点
增强现 实既允许 用户看到 真实世界 ,同时也 能看到 叠加 在 真实世界上 的虚拟对象 ,将 计算机 生成 的图形 与用户 在真
实 物理世界 获取 的视觉信 息组合在一起 ,使用 户产生全 新的 体验 ,提高对 现实世界 中的事物和物 理现象 的洞察力 。增强 现 实系统 中真实物体 和虚 拟物体与用 户环境无 缝结合 ,真实 物体 和虚拟物体 之间能够进行 交互 ,能够 实现 真正 的虚 实融 合 。因此增 强现实系统具 有虚实结合 、实时交互 的新特点 l 。 虚拟 现实系统 强调的是虚 拟世界给人 的沉 浸感 ,强调人 能 以 自然方式与 虚拟世界 中的对象进行交 互操作 ,增强现实 系统 则 强调在真 实场景 中融入 计算机生成 的虚拟信 息 的能力 ,它 并不隔断观察者与真实世界之 间的联系。
型 化和低能耗是 一个重要 的研究方 向。与此 同时 ,必 须十分 重视 增强现 实的广泛应用 。增强现实 还有很长 的路要 走 ,机 会 和挑战并存 ,而且增强 现实和人机交 互关 系密切 ,必须重 视人 机交互 的研 究 。另外 ,在非预知 环境 中增 强现实 系统 的
应用还有待加强。
的实体 信息 ( 信息 、声音 、味道 、触觉 等) 视觉 ,通 过科学技
术模拟 仿真后再叠 加到现实世 界被人类感 官所感知 ,从 而达
到超越 现实 的感 官体验 ,这种 技术叫做增 强现实技 术 ,简称
A R技 术 l 增 强现实 ( um ne ely R l l 。 A g e t R at,A )是虚拟 现实 d i 技术 ( iu l ely R Vr a R ai ,V )的一个重要分 支 ,也 是近年来 的 t t 研究热 点 。将计算 机生成 的虚拟物体或其 他信息 叠加到 真实 场景 中 ,从而实 现对现实 的 “ 增强” 。它综合 了计算机 图形 、 光 电成像 、融合显示 、多传感 器 、图像处 理 、计算 机视觉 等
电脑编程技巧与维护
增 强现实技术及其应 用研究
张伟 ,张春 华 ,徐 卫 。
(. 1 空军航空大学军事仿真技术研 究所 ,长春 10 2 ;2 空军航空大学计算机教研室 ,长春 10 2 ) 302 . 3 0 2
摘 要 :增 强 现 实技 术是 在 虚 拟 现 实技 术 基 础 上 发展 起 来 的 一 种新 型人 机 交 互技 术 。介 绍 了增 强现 实 的特 点 、研 究
现 状 ,并对 增 强 现 实技 术进 行 了展 望 。
关键 词 :增 强现 实 ; 拟 ; 示 :应用 虚 显
Aug e e a iy Te hn l g s a c n t m nt d Re lt c o o y Re e r h a d IsAppl a i n i to c
息外 ,这些 图形甚至 己经定 位在环境 中 的 目标 之上 ,用于武 器 的 瞄准。 飞行 训练 中的模拟 战场 、模 拟操 作 、模拟 装配 、
长 为一 些相关领 域提供 了一个新 的切入 点 。作 为长远研究 目
标 ,作 为技术驱 动力 ,作 为新 的人机交互 方式 ,增强现实 都 是值得高度重视 的。
3 增强 现 实关键 技术
31 虚 实 物体 配 准 .
计划 、综合 战役桥计划 及虚拟座舱等 应用环 境 ,并在 核武器 试验及许 多局部战争 中进行 了应用 。各 国也 都将增强 现实 在
军事领域 的应 用列为高度军 事机密 。 目前 ,增 强现实 在军事
对真 实场景 图像 和计算机 生成 的虚拟物体 进行无缝 合成 是实现 增强现实 的首要 目标 ,其实质是将 两者 “ 对齐 ”的过
的效 能 。将 真实环境与计算 机产生 的增 强信息 通过 网络互连 而 配准叠加 ,形 成一种 多用 户资源共 享。户外 导航 、视觉信
息 多样化 、降低 数据复 杂性 和多模态 界面 的开发仍然 是 当前
研究 的热点 ,声 音交互 ( 括语音 、立体声 和环绕声 )的研 包 究也将是未来 A R系统发展的一个重要方 向。另外 ,系统 的微
多 ¨学 科 。
根 据光路 上成像位 置 的不 同可 以分 为头戴 式显 示技 术 、 手持式显示技术 、空间显示技术 3类 [ 4 1 。头戴式显示技术 中成 像在离 观察者 眼睛大约 4 1 — 0厘米处 ,观察者头部需要 戴上显 示设备 ,缺点是分辨率低 ,观察范 围受 限 ;手持式显示技术 : 成 像于离 观察 者一个 手臂远 的距 离 ,缺 点是处 理器 性 能低 、 存储容量小 、观察范 围小 、摄像头精度不 高 ;空间显示技术 : 将 显示设备和人体 分离 ,并在 离人体较远 处成像 ,支持 高分 辨 率 、宽视域 、高 亮型和高对 比度 的影像 ,不足 之处 是可移
真实战场 场景 ,真正实现各 种战场信 息的可视 化[ 5 1 。增强现实
可以为训 练者提供新方法 ,通过增 强的军事 训练系 统 ,可 以 为军事训 练提供 比实兵演 习更加真 实的战场 环境 。训 练者训 练时通过 随身携带 的增强 现实系统 ,不仅可 以看到 真实 的场 景 ,而且 可以观察到场景 中各种增加 的虚拟 物体 ,使 军事训
作 者 简 介 :张伟 (9 5 ) 16 一 ,男 ,高级 工程师 ,研 究方 向 :视
景仿真 。
收 稿 日期 :2 2- -0 01 01 6
电
与 壤
A T IA TLI NE N ET I T N EH IU S RIC LNEL E C DI NIC I C NQE FI I G A D FA O T
参 考文 献
【】张菁 ,张天驰 ,陈怀友 .虚拟现实技术及应用 ( 1 高等 院校 信息技术规划教材).清华大学出版社 ,2 1. 01
[】陈珏 .增强现 实技术研 究及其在 Fah上 的实 现.电脑 知 2 l s 识与技术 ,2 0 . 09
虽然增强现实技术在近 2 0年来取得 了很大 的发展 ,但是
练 更 加 实 战化 。 将 增 强 现 实 用 于 飞 机 座 舱 的 显 示 , 在 座 舱 前
方玻 璃上或 头盔显示器上 ,将导航 图叠加在 观察 的真实视野
5 结语
正如其 他新兴科 学技术一样 ,增强 现实技 术也是许 多相 关 学科领 域交叉 、集 成 的产 物 。随着计 算机 等技术 的发 展 , 增强 现实技术应 用前景是很 广阔 的。但仍 存在 着许多 尚未解
还是存 在很多技术 方面 的难题 。首先是 定位 问题 ,尤其 式户
外A R系统 的定位成为决定 系统成败的关键 。系统的显示 问题 也不容忽视 。现有 的 A R显示设 备大多存在亮度 和对 比度低 ,
2 C mp tr eat n , vai nvri f i F re, hn cu 30 2 . o ue பைடு நூலகம் pr me t A i o U iesyo r oc C a gh n10 2 ) tn t A
Ab t a t Au me t d ra i sa n w u n c mp t r n e a t n tc n lg a e n vr a e l y T i p p rito u e s r c : g ne e l y i e h ma — o u e t r ci e h oo y b s d o i u l a i . h s a e n r d c s t i o t r t t e c a a t r t sa d r s a c tt so u me td r a i h h r c e i i n e e r h s u fa g n e e l y,a d lo sfr r u me td r ai e h oo y fr a d sc a t n k wa d a g n e e l y tc n lg o r . o o t w Ke r s a g n e e l y; i u l; ip a a p ia in y wo d : u me t d r ai t vr a d s l y; p l t t c o
ZHANG e ,ZHANG unh ,XU e W i Ch ua W i
( . va o ies y o i F reMitr i lt nT c n lg ee rhI stt C a g h n 1 0 2 ; 1 A i inUnv r t f r oc l aySmua o e h oo y R sac tue, h n c u 3 0 2 t i A i i ni
决 的理论 问题 。尽管如此 ,增 强现实技术 以其 独特的优 势特
里 ,不仅可 提供导航信息 ,而且可 提供包括 敌方 隐藏 力量 的
增强 战场信息 。对于飞行训练 ,运用 A R技术 ,在真实环境 中 融合 3 D虚 拟物体 ,可 以更加 逼真地 合成场 景 。在战场 上 ,
A R眼镜 可以给使用 者提供 战场的辅 助信息 。除了提供基本信
1 引 言
把原本 在现实世界 的一定 时间 、空 间范围 内很 难体验 到
部传感 器 的校准 比较难 ,且受设 备和移 动空间 的限制 ,系统 安装 不方便 、系统 安装繁琐 、移植 困难 ;计算复 杂性高 ,造 成 系统延迟大 ,造成误差难控制等缺点 1 3 1 。
32 显 示技 术 与 真 实 感 绘 制技 术 .
人工智能及识别技术
络 ,可 以减少一 些装备 ,同时也可 以大大提 高增强现 实系统
等方 面 。在军 事领域 中 ,真实环境 下融合虚 拟物体 ,可 以增 强真实战场场 景 。向系统 中输入位 置信息 ,系统不仅 能给使
用 者提供真 实的战场场景 ,而且能 够通过增 加虚拟 物体强调 肉眼无法看 见的环境信息 以及敌方 或 己方 的隐藏力量 来增强
动 性差 、合成影像 精度不够 高。真实感绘 制技术 的 目标 是将
真 实场景和计算 机生成 的虚 拟物体无缝合 成 ,并 最终使 观察
者感觉不到真实物体 和虚拟物体的区别 。
4 增强 现 实应 用 与展望
41 增 强 现 实 应 用 .
增 强现实 系统 由于 同时包 括虚 拟世 界和 真实 世界 环境 , 从 而有别 于单一 的虚拟环境 和真实环境 , 目前 已经广 泛地应 用于军事 、航 空航天 、医学 、商业等诸 多领域 。本文 主要介 绍增强 现实在军事和航空航天方面的应用。 美 国率先将增 强现实用 于军事领 域 ,在武 器系统 性能评 价 、武器操 纵训练及指 挥大规模军事 演习 3方面发挥 了重 大 作用 。他们 制定 了战争综 合演示厅计 划 、防务仿真交 互 网络
程 ,即先 根据 真实物 体确定 虚拟 物体与 观察 者之 间 的关 系 ,
然后 通过 正确 的投影将 虚拟 物体 投影至 观察 者的视 域范 围。 虚 实物体 配准要 求正 确 ( 延时 ) 无 、快速 ( 精确 、无抖 动)、 不受光 照 、遮挡 、物体运 动的影响 。 目前 ,设 备昂贵 、对外
模拟驾驶等方面都 采用 了增强现实技术。
美 国宇航局是增 强现实最 早的研究 单位 和应用者 。宇宙
飞船 及各类航 空器是需耗 费巨资的现代 化工具 ,而进入 宇宙
有大 量未知 、危险的 因素 ,因而模拟 各种航空 器可能 遇到 的 环境 ,不仅可节省大量费用 ,而且是十分必要 的。
42 增 强现 实展 望 .
2 增 强现实 的特点
增强现 实既允许 用户看到 真实世界 ,同时也 能看到 叠加 在 真实世界上 的虚拟对象 ,将 计算机 生成 的图形 与用户 在真
实 物理世界 获取 的视觉信 息组合在一起 ,使用 户产生全 新的 体验 ,提高对 现实世界 中的事物和物 理现象 的洞察力 。增强 现 实系统 中真实物体 和虚 拟物体与用 户环境无 缝结合 ,真实 物体 和虚拟物体 之间能够进行 交互 ,能够 实现 真正 的虚 实融 合 。因此增 强现实系统具 有虚实结合 、实时交互 的新特点 l 。 虚拟 现实系统 强调的是虚 拟世界给人 的沉 浸感 ,强调人 能 以 自然方式与 虚拟世界 中的对象进行交 互操作 ,增强现实 系统 则 强调在真 实场景 中融入 计算机生成 的虚拟信 息 的能力 ,它 并不隔断观察者与真实世界之 间的联系。
型 化和低能耗是 一个重要 的研究方 向。与此 同时 ,必 须十分 重视 增强现 实的广泛应用 。增强现实 还有很长 的路要 走 ,机 会 和挑战并存 ,而且增强 现实和人机交 互关 系密切 ,必须重 视人 机交互 的研 究 。另外 ,在非预知 环境 中增 强现实 系统 的
应用还有待加强。
的实体 信息 ( 信息 、声音 、味道 、触觉 等) 视觉 ,通 过科学技
术模拟 仿真后再叠 加到现实世 界被人类感 官所感知 ,从 而达
到超越 现实 的感 官体验 ,这种 技术叫做增 强现实技 术 ,简称
A R技 术 l 增 强现实 ( um ne ely R l l 。 A g e t R at,A )是虚拟 现实 d i 技术 ( iu l ely R Vr a R ai ,V )的一个重要分 支 ,也 是近年来 的 t t 研究热 点 。将计算 机生成 的虚拟物体或其 他信息 叠加到 真实 场景 中 ,从而实 现对现实 的 “ 增强” 。它综合 了计算机 图形 、 光 电成像 、融合显示 、多传感 器 、图像处 理 、计算 机视觉 等
电脑编程技巧与维护
增 强现实技术及其应 用研究
张伟 ,张春 华 ,徐 卫 。
(. 1 空军航空大学军事仿真技术研 究所 ,长春 10 2 ;2 空军航空大学计算机教研室 ,长春 10 2 ) 302 . 3 0 2
摘 要 :增 强 现 实技 术是 在 虚 拟 现 实技 术 基 础 上 发展 起 来 的 一 种新 型人 机 交 互技 术 。介 绍 了增 强现 实 的特 点 、研 究
现 状 ,并对 增 强 现 实技 术进 行 了展 望 。
关键 词 :增 强现 实 ; 拟 ; 示 :应用 虚 显
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息外 ,这些 图形甚至 己经定 位在环境 中 的 目标 之上 ,用于武 器 的 瞄准。 飞行 训练 中的模拟 战场 、模 拟操 作 、模拟 装配 、
长 为一 些相关领 域提供 了一个新 的切入 点 。作 为长远研究 目
标 ,作 为技术驱 动力 ,作 为新 的人机交互 方式 ,增强现实 都 是值得高度重视 的。
3 增强 现 实关键 技术
31 虚 实 物体 配 准 .
计划 、综合 战役桥计划 及虚拟座舱等 应用环 境 ,并在 核武器 试验及许 多局部战争 中进行 了应用 。各 国也 都将增强 现实 在
军事领域 的应 用列为高度军 事机密 。 目前 ,增 强现实 在军事
对真 实场景 图像 和计算机 生成 的虚拟物体 进行无缝 合成 是实现 增强现实 的首要 目标 ,其实质是将 两者 “ 对齐 ”的过
的效 能 。将 真实环境与计算 机产生 的增 强信息 通过 网络互连 而 配准叠加 ,形 成一种 多用 户资源共 享。户外 导航 、视觉信
息 多样化 、降低 数据复 杂性 和多模态 界面 的开发仍然 是 当前
研究 的热点 ,声 音交互 ( 括语音 、立体声 和环绕声 )的研 包 究也将是未来 A R系统发展的一个重要方 向。另外 ,系统 的微
多 ¨学 科 。
根 据光路 上成像位 置 的不 同可 以分 为头戴 式显 示技 术 、 手持式显示技术 、空间显示技术 3类 [ 4 1 。头戴式显示技术 中成 像在离 观察者 眼睛大约 4 1 — 0厘米处 ,观察者头部需要 戴上显 示设备 ,缺点是分辨率低 ,观察范 围受 限 ;手持式显示技术 : 成 像于离 观察 者一个 手臂远 的距 离 ,缺 点是处 理器 性 能低 、 存储容量小 、观察范 围小 、摄像头精度不 高 ;空间显示技术 : 将 显示设备和人体 分离 ,并在 离人体较远 处成像 ,支持 高分 辨 率 、宽视域 、高 亮型和高对 比度 的影像 ,不足 之处 是可移
真实战场 场景 ,真正实现各 种战场信 息的可视 化[ 5 1 。增强现实
可以为训 练者提供新方法 ,通过增 强的军事 训练系 统 ,可 以 为军事训 练提供 比实兵演 习更加真 实的战场 环境 。训 练者训 练时通过 随身携带 的增强 现实系统 ,不仅可 以看到 真实 的场 景 ,而且 可以观察到场景 中各种增加 的虚拟 物体 ,使 军事训
作 者 简 介 :张伟 (9 5 ) 16 一 ,男 ,高级 工程师 ,研 究方 向 :视
景仿真 。
收 稿 日期 :2 2- -0 01 01 6
电
与 壤
A T IA TLI NE N ET I T N EH IU S RIC LNEL E C DI NIC I C NQE FI I G A D FA O T
参 考文 献
【】张菁 ,张天驰 ,陈怀友 .虚拟现实技术及应用 ( 1 高等 院校 信息技术规划教材).清华大学出版社 ,2 1. 01
[】陈珏 .增强现 实技术研 究及其在 Fah上 的实 现.电脑 知 2 l s 识与技术 ,2 0 . 09
虽然增强现实技术在近 2 0年来取得 了很大 的发展 ,但是
练 更 加 实 战化 。 将 增 强 现 实 用 于 飞 机 座 舱 的 显 示 , 在 座 舱 前
方玻 璃上或 头盔显示器上 ,将导航 图叠加在 观察 的真实视野
5 结语
正如其 他新兴科 学技术一样 ,增强 现实技 术也是许 多相 关 学科领 域交叉 、集 成 的产 物 。随着计 算机 等技术 的发 展 , 增强 现实技术应 用前景是很 广阔 的。但仍 存在 着许多 尚未解
还是存 在很多技术 方面 的难题 。首先是 定位 问题 ,尤其 式户
外A R系统 的定位成为决定 系统成败的关键 。系统的显示 问题 也不容忽视 。现有 的 A R显示设 备大多存在亮度 和对 比度低 ,
2 C mp tr eat n , vai nvri f i F re, hn cu 30 2 . o ue பைடு நூலகம் pr me t A i o U iesyo r oc C a gh n10 2 ) tn t A
Ab t a t Au me t d ra i sa n w u n c mp t r n e a t n tc n lg a e n vr a e l y T i p p rito u e s r c : g ne e l y i e h ma — o u e t r ci e h oo y b s d o i u l a i . h s a e n r d c s t i o t r t t e c a a t r t sa d r s a c tt so u me td r a i h h r c e i i n e e r h s u fa g n e e l y,a d lo sfr r u me td r ai e h oo y fr a d sc a t n k wa d a g n e e l y tc n lg o r . o o t w Ke r s a g n e e l y; i u l; ip a a p ia in y wo d : u me t d r ai t vr a d s l y; p l t t c o
ZHANG e ,ZHANG unh ,XU e W i Ch ua W i
( . va o ies y o i F reMitr i lt nT c n lg ee rhI stt C a g h n 1 0 2 ; 1 A i inUnv r t f r oc l aySmua o e h oo y R sac tue, h n c u 3 0 2 t i A i i ni
决 的理论 问题 。尽管如此 ,增 强现实技术 以其 独特的优 势特
里 ,不仅可 提供导航信息 ,而且可 提供包括 敌方 隐藏 力量 的
增强 战场信息 。对于飞行训练 ,运用 A R技术 ,在真实环境 中 融合 3 D虚 拟物体 ,可 以更加 逼真地 合成场 景 。在战场 上 ,
A R眼镜 可以给使用 者提供 战场的辅 助信息 。除了提供基本信
1 引 言
把原本 在现实世界 的一定 时间 、空 间范围 内很 难体验 到
部传感 器 的校准 比较难 ,且受设 备和移 动空间 的限制 ,系统 安装 不方便 、系统 安装繁琐 、移植 困难 ;计算复 杂性高 ,造 成 系统延迟大 ,造成误差难控制等缺点 1 3 1 。
32 显 示技 术 与 真 实 感 绘 制技 术 .