基于artoolkit增强现实应用平台的研究和实现

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1、基于ARToolKit的增强现实应用平台的研究与实现TheResearchandImplementationofAugmentedRealityApplicationPlatformBasedonARToolKit李泽朋陈戈教授全日制学术学位计算机软件与理论现代软件工程学2013517谨以此文献给我为之奋斗了三年并正在蓬勃发展的中国海洋大学海洋信息技术实验室-------------------李泽朋基于ARToolKit的增强现实应用平台的研究与实现摘要随着图形学理论的深入研究以及硬件技术的发展，人们越来越不满足于仅仅单纯的

2、利用计算机来模拟现实环境了，他们希望得到更强的沉浸感、逼真感。增强现实技术的引入无疑给人们带来了全新的视觉感受，它将现实世界与虚拟世界完美结合并呈现在人们面前，为人们营造了一个全新的交互环境，这种新的交互形式代表了下一代人机界面的发展方向。目前，增强现实技术已经应用于医疗、建筑、军事、娱乐、工业制造等多个领域，基于增强现实技术的软件也层出不穷，增强现实技术也越来越多的被世界各国的高校及科研机构所研究，成为一个重点的研究领域。由于增强现实技术所涉及到的学科、领域错综复杂，尽管其相关理论算法在初步改善和提高，但是增强现实应用平台的

3、开发仍然具体有一定的难度。这主要包括平台架构的构建、数据的组织、渲染的逼真度、场景文件的兼容性等等。此外，开发工具库的选择也是一个需要考虑的问题。为了解决上述问题，简化增强现实平台的开发难度，本文从架构、数据、渲染、应用这四个主体方面来着手，以构建高效、逼真的增强现实平台为目标，以三维模型的数据组织和调度为支撑，以高沉浸感的虚实融合为手段，以实际的项目应用为检验，对增强现实应用平台进行了设计与实现。论文的主要工作及研究成果如下：（1）增强现实应用平台的整体架构设计本文以ARToolKit及OpenGL为平台底层核心结构，通过对

4、ARToolKit的开发流程进行详细研究，提出增强现实应用平台的整体架构，利用分层设计的原则简化平台的整体框架，同时为平台的后期功能的维护提供便利。（2）三维模型的数据组织和调度为了方便场景的维护，本文引入了数据库机制。通过数据库来存储已有的特定场景，提高了场景文件的可重用性。基于块的外存文件结构及相应的更新算法的提出减少了场景文件的存储空间。基于树形索引和网格索引的混合索引结构提高了数据的检索能力，同时大大降低了平台检索模型数据的损耗。I（3）高沉浸感的虚实融合本文结合Alpha通道技术及字符的叠加技术丰富了视频显示的效果及

5、内容，通过虚实映射算法实现摄像头的快速跟踪定位，在witted光照模型算法的基础上提出了新的光照模型计算方式，同时引入了基于MagicParticles的粒子系统，最终实现高逼真的虚实融合效果。（4）实际项目应用本文依托化学品国家安全重点实验室开放课题项目，根据中石化安全工程研究院提供的加油站模型，使用增强现实应用平台对加油站的火灾事故的过程进行模拟仿真。关键词：增强现实；架构设计；混合索引；光照模型；粒子系统IITheResearchandImplementationofAugmentedRealityApplication

6、PlatformBasedonARToolKitAbstractAlongwithIn-depthstudiesofthetheoryofgraphics,andthedevelopmentofhardware,peoplehavegrowndissatisfiedwiththesimpleuseofcomputertosimulatetherealenvironment,andtheyhopetogetstrongersenseofimmersive.Theintroductionoftheaugmented-reality

7、technologyhasgivenpeoplenewvisualperception,itcombinetherealworldwiththevirtualworldideallyinfrontofpeople,andbuildanewinteractiveenvironment.Thenewinteractionrepresentthenextdevelopmentdirectionofhuman-computerinteraction.Rightnow,theaugmented-realitytechnologyhasb

8、eenusedinmedical,construction,military,entertainment,industrialmanufacturingandotherfields,Besidesthat,alotofsoftwarearedevelopedwhichbase