基于感知理论的增强现实感知绘制

摘要

增强现实技术是通过计算机技术，将虚拟的信息呈现到现实世界中，使得虚拟的物体和真实的环境实时地叠加到同一个画面或空间中。增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。这种信息一般是三维的虚拟物体。所以，在增强现实的应用中，虚拟物体的准确注册和正确绘制一直是增强现实领域中的核心问题。而针对这个核心问题，以往一般都是通过保证三大一致性来实现的，即相机一致性、几何一致性和光照一致性。这三大一致性覆盖了增强现实中虚实融合的方方面面。但是这三大一致性的保证却并不容易，尤其是其中的光照一致性。
　　 由于相机一致性在日前的研究领域中已经得到了比较好的解决，并且也有相应的开源工具提供给我们使用，如PTAMM和ACTS，因此我们在相机一致性上基本使用的是原有的工具。
　　 本文的贡献主要是如何保证几何一致性和光照一致性。
　　 1.几何一致性:几何一致性主要面对的是虚拟物体的“准确注册、高效创作”这一问题。为此，本文将开发具有空间一致性的集成式三维用户创作工具来解决该问题。首先提取自然特征，建立具有二维及三维信息的相对参照空间，然后识别已知尺度的标志物，把相对参照空间转化为具有空间一致性的绝对参照空间。通过与商用三维数字内容创作工具的集成，实现高效的虚拟物体的构建与注册。同时，该创作工具还可以设置感知绘制中的多重参数，为之后的感知绘制提供非常重要的辅助作用。
　　 2.光照一致性:光照一致性是增强现实中影响虚拟物体绘制真实性的一个重要因素。当现实光照过于复杂，导致光照的自动提取无法实现时，本文通过感知绘制的方式来解决光照一致性的问题。通过对人类心理感知理论的研究，本文总结出了虚拟物体与真实物体之间影响观察者感知的三大相互作用。即遮挡暗示、光影作用和相互运动。通过表现这三大相互作用，我们实现了让观察者在认知上认同的感知绘制方式。同时，本文巧妙地提出了Ghost Object这一概念，构建了虚拟世界与真实世界的桥梁。通过Ghost Object的引入，然后使用GPU的多遍绘制流程，很好地实现了虚实融合的绘制效果。