增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒實(shí)現(xiàn)及地形重建技術(shù)研究.pdf

1、近些年，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)引人注目的新興技術(shù)，已逐漸被應(yīng)用于教育領(lǐng)域。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)所帶來的動(dòng)態(tài)交互式體驗(yàn)教育，增強(qiáng)了教育的互動(dòng)性與參與性，起到了寓教于樂的作用。2014年，在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助下，加州大學(xué)戴維斯分校開發(fā)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒(Augmented Reality Sandbox)，以發(fā)展地球和流域科學(xué)教育。
　　本文中構(gòu)建的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒是一個(gè)實(shí)時(shí)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，人們可利用真實(shí)的沙子在沙盒中建造三維地形，系統(tǒng)利用微軟Ki

2、nect傳感器實(shí)時(shí)讀取此三維地形的高度數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)處理此數(shù)據(jù)生成海拔彩色圖、等高線及模擬的水流等彩色圖像，通過投影儀將這些圖像投影在真實(shí)的沙盒之上，便于向?qū)W生教授相關(guān)的地理、地質(zhì)及水文概念，如等高線的意義，流域及分水嶺知識(shí)等。
　　此增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒目前僅以教育為目的被應(yīng)用在一些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的博物館和科技館中的互動(dòng)體驗(yàn)式展覽區(qū)，因此本課題以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，搭建增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒系統(tǒng)，并利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒中的Kinec

3、t對(duì)沙盒地形進(jìn)行三維重建，以此作為一個(gè)切入點(diǎn)，為后期開發(fā)相關(guān)的軍事應(yīng)用，如沙盒推演，全局路徑規(guī)劃，軍事態(tài)勢(shì)分析及可視化戰(zhàn)場(chǎng)指揮等做鋪墊。本課題創(chuàng)新點(diǎn)在于，針對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒場(chǎng)景，提出了一種Kinect三維重建方法，其可自動(dòng)裁剪掉Kinect視野中沙盒的邊緣，并在Matlab中精確完整地重建沙盒地形。
　　本文從下述方面展開了研究:
　　(1)分析增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域、互動(dòng)展示、軍事領(lǐng)域方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及地形三維重建技術(shù)在重

4、建工具和接觸情況分類下的研究現(xiàn)狀，為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及地形重建關(guān)鍵技術(shù)及理論的研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及深度傳感工具做基礎(chǔ)分析，為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及地形重建技術(shù)研究奠定理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。
　　(3)從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒系統(tǒng)的目標(biāo)出發(fā)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，分析軟件處理過程，給出系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法，講解系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理，說明系統(tǒng)當(dāng)前分布情況，并進(jìn)行調(diào)研做出系統(tǒng)用戶體驗(yàn)評(píng)估。
　　(4)根據(jù)三維重建的基本要求和對(duì)沙盒地形重