大场景增强现实环境下基于磁跟踪器的三维注册及立体显示研究

【摘要】本文在传统车间布局设计的基础上引入增强现实技术,并针对车间大场景下布局的特点,着重对三维场景立体显示、三维注册技术、磁跟踪器系统的准确性三个关键技术问题进行研究。本文的研究内容包括了以下3个方面：(1)车间布局场景下的三维立体显示技术。在OculusRift头戴式显示器的基础上设计了双摄像机立体视频透视式头盔显示装置。该装置把两个将摄像机拍到的图像经鱼眼效果处理后作为背景分别显示到OculusRift显示屏的左右两侧,为实现虚实融合的车间布局场景的三维立体显示奠定了基础,增强了用户在虚实融合的增强现实环境下的沉浸感。(2)根据增强现实环境下车间布局系统布局范围的特点,研究了相应的注册算法。由于车间布局系统,最终是以真实的车间进行布局操作,因此布局的范围是大场景,通过比较各种跟踪注册方法(声学跟踪、视觉跟踪、磁跟踪、惯性跟踪、混合跟踪)后,本文选取了基于磁跟踪器的注册方式,并提出了基于磁跟踪的注册算法。为了验证该算法能满足大场景下的车间布局,本文先对参数结果进行预先设置,然后再通过实验的方式对参数结果进行校正。最终的实验证明,本文提出的基于磁跟踪器的注册算法,满足适合大场景增强现实环境下车间布局设计系统的要求。(3)磁跟踪器系统的准确性问题。本文提出的基于磁跟踪器的注册算法,在进行车间布局时,虚拟模型会出现注册误差与抖动现象。针对此现象,通过对磁跟踪器设备的工作原理分析得知,磁跟踪器受硬件设备本身影响,在工作时会出现磁场衰减和数据跳变的情况。为了解决此问题,本文采用函数拟合的方法对跟踪器衰减的磁场进行校正处理；采用数字滤波对跳变的数据进行降噪处理。实验表明,经过上述处理后,在一定范围内磁跟踪器系统的准确性有了明显提高。最后,本文建立了一个基于增强现实的硬件和软件系统平台,并通过运行实例验证了本文所提出的三维场景立体显示、三维注册技术、磁跟踪系统准确性研究在车间布局系统中的有效性与可行性。
【作者】高见伟；
【导师】何汉武；
【作者基本信息】广东工业大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】增强现实；立体显示；注册算法；磁跟踪；

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