户外AR空间信息表达及其虚实配准方法研究

针对传统空间信息表达形式(例如地图等)不能满足使用者对视觉逼真度和人机交互自然性等需求的问题,将户外增强现实(Augmented Reality,AR)引入空间信息领域,致力于探索将地理数据库中的数字化空间信息精准叠加到真实地理场景之上的方法,实现对真实地理环境的补充而非替代(区别于VR),进而增强用户对真实地理环境的感知能力和拓展其与现实世界的交互能力。通过分析户外AR与空间信息表达结合的研究现状、理论基础和重要性,提出户外AR空间信息表达的基本特征、系统结构。其中,虚实配准是难点,采用2种思路解决该问题,通过实例验证了方法的可行性。

混合硬件跟踪定位的空间信息虚实配准

为了适应户外增强现实空间信息表达的实时性、移动性、准确性和鲁棒性,提出采用GPS结合三维电子罗盘直接获取用户头部位置和姿态数据的基于硬件跟踪设备的虚实配准方法:通过人机交互方式确定虚拟物体及属性信息在3D欧氏世界坐标系中的位置和姿态,采用GPS结合三维电子罗盘跟踪用户头部位置和姿态,得到从世界坐标到相机坐标的转换矩阵,避免了从世界坐标系到相机坐标系的转换计算。已知相机内部参数的前提下,将相机坐标转换到2D像平面坐标,实现虚拟物体及属性信息与真实场景图像的合成显示。其中GIS为户外增强现实系统提供位置相关的虚拟信息源,而户外增强现实技术为空间信息可视化表达提供了新界面。