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第1章 引言 1

1.1增强现实技术的概念和发展 1

1.1.1虚拟现实技术 2

1.1.2增强现实技术 3

1.1.3增强现实技术与虚拟现实技术的比较 4

1.1.4增强现实系统的性能评价 6

1.2增强现实系统中的硬件与软件包 7

1.2.1增强现实系统中的硬件 7

1.2.2增强现实系统软件包 16

1.2.3增强现实技术的国内外研究机构 17

1.3增强现实技术的难点 19

1.3.1增强现实系统中的头盔显示技术 20

1.3.2增强现实系统中的跟踪注册技术 22

1.3.3增强现实系统的交互技术 24

1.4增强现实技术的应用领域 27

参考文献 38

第2章 增强现实系统的显示技术 43

2.1显示设备的分类及概述 43

2.1.1屏幕显示器 43

2.1.2头盔显示器 48

2.1.3投影式头盔显示器 52

2.1.4视网膜直接成像显示器 55

2.1.5投影显示设备 56

2.1.6智能可穿戴显示设备 60

2.2头盔显示器的分类及其核心技术 61

2.2.1自由曲面头盔显示器 61

2.2.2全息波导型头盔显示器 62

2.2.3几何波导型头盔显示器 63

2.2.4高性能头盔显示技术 64

2.2.5真实立体感头盔显示技术 66

2.3增强现实头盔显示器的设计要点 73

2.3.1头盔显示器的组成与原理 73

2.3.2头盔显示器的光学系统设计要点 74

2.3.3部分国内外头盔显示器的设计 77

参考文献 80

第3章 增强现实系统的标定 86

3.1摄像机的几何模型和坐标变换 86

3.1.1图像坐标系与像素坐标系 87

3.1.2图像坐标系与摄像机坐标系 87

3.1.3摄像机坐标系与世界坐标系 88

3.2摄像机标定 89

3.2.1线性模型的摄像机标定 89

3.2.2基于平面方格点的摄像机标定 92

3.2.3非线性模型的摄像机标定 95

3.3基于透视式头盔显示器的增强现实系统标定 95

3.3.1视频透视式增强现实系统的标定 95

3.3.2光学透视式头盔显示器的标定技术 96

参考文献 104

第4章 基于标识的增强现实跟踪注册技术 106

4.1基于标识的跟踪注册技术概述 108

4.2常用的标识点 111

4.2.1 ARToolkit方形标识点 111

4.2.2 SCR标识点系统 116

4.2.3环形标识点 118

4.2.4 Sony计算机实验室标识点 121

4.2.5室内装饰性人工标识 122

4.2.6红外标识系统 125

4.3各种人工标识系统中的识别定位算法比较 127

4.3.1人工标识的形状 128

4.3.2标识的颜色 128

4.3.3定位标识区域 129

4.3.4标识的可识别范围 129

4.3.5特征点提取 130

4.3.6标识的编码信息量 130

4.3.7理想特征的概要 130

参考文献 130

第5章 无标识增强现实三维跟踪注册 134

5.1基于场景平面的增强现实跟踪注册 135

5.1.1系统初始化 135

5.1.2摄像机位姿估计 136

5.1.3实验结果 137

5.2基于模型和关键帧的注册方法 138

5.2.1 3D场景模型与关键帧的创建 138

5.2.2选择参考图像帧 139

5.2.3宽基线匹配 140

5.2.4摄像机位姿求解 141

5.2.5实验结果 142

5.2.6算法评价 142

5.3基于图像匹配的无标识跟踪注册方法 144

5.3.1关键帧匹配 144

5.3.2 2D图像匹配算法 145

5.3.3实验结果 147

5.4基于SIFT特征的无标识点跟踪注册方法 148

5.4.1 SIFT特征描述算子 149

5.4.2 SIFT关键点的匹配 150

5.4.3基于SIFT特征的摄像机位姿估计 151

5.5基于运动结构重建的跟踪注册算法 152

5.5.1 MonoSLAM算法 152

5.5.2 PTAM算法 153

5.6混合跟踪注册 157

5.6.1根据传感器类型分类 158

5.6.2根据传感器融合方式分类 160

5.7无标识跟踪注册算法的未来研究方向 162

参考文献 163

第6章 移动增强现实系统 169

6.1概述 169

6.2移动增强现实系统的研究现状 171

6.2.1移动增强现实技术的学术研究 171

6.2.2移动增强现实技术的商业应用 174

6.3面向智能手机的移动增强现实核心技术 178

6.3.1主体结构框架 179

6.3.2跟踪定位算法 181

6.3.3海量场景的目标识别 183

6.3.4人机交互方式 185

6.3.5数据通信和传输 185

6.3.6功耗 186

6.4 Android系统开发环境 187

6.4.1 Android操作系统 187

6.4.2手机硬件环境和软件开发环境 189

6.4.3 OpenCV库编译和基于NDK的开发 190

6.4.4部分增强现实功能实现 191

参考文献 199

第7章 增强现实技术的应用实例——轻量级飞行模拟器 203

7.1增强现实轻量级飞行模拟器 203

7.1.1系统功能 203

7.1.2系统结构 204

7.1.3座舱视景的虚实融合原理 206

7.1.4样机系统实现与测试 208

7.2改进型增强现实轻量级飞行模拟器 212

7.2.1改进型增强现实飞行座舱系统设计 212

7.2.2座舱头部跟踪系统的实验模拟 213

7.2.3跟踪器的实验对比结果 214

参考文献 215

第8章 增强现实技术的应用实例——圆明园定点观景器 216

8.1第一代定点增强现实观景器 216

8.2第二代增强现实定点观景器 219

8.2.1第二代增强现实定点系统的优点 219

8.2.2第二代系统的构建 220

8.2.3增强现实定点观景器的用户使用情况调查 221

8.3 AR- View增强现实定点观景器 224

8.4随动式增强现实定点观景器 226

8.4.1系统构成 229

8.4.2样机设备与操作使用 229