[发明专利]基于增强现实交互技术的真三维设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种真三维的设计方法，具体的说是一种基于增强现实交互技术的真三维设计方法。

背景技术

增强现实技术（Augmented Reality，AR）是随着虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)迅速发展和实际应用需要而出现的一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。AR技术最终实现的目标是：借助计算机图形技术和可视化技术、交互技术、显示技术等产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过注册技术将虚拟对象准确地“放置”在真实环境中，让用户处于一种虚实世界无缝融合的环境中。虽然都追求给用户一种完全沉浸于其中的感觉，但AR与VR的不同之处在于，VR是要创造一个完全虚拟的环境；而AR则是致力于创造一个虚实结合的世界，用一个完全虚拟的世界对真实世界进行补偿和增强。SIGGRAPH 会议中的“Rediscovering Our Fire”报告指出：增强现实应该受到越来越多的重视，该领域对广大学者来说具有很大的挑战性和诱惑力，并且它在未来数年中都将保持勃勃生机。

AR领域的权威学者Azuma将其总结为三个方面：虚实世界的信息集成；具有实时交互性；在三维尺度空间中增添定位虚拟物体。其中，人机交互是重要组成部分，只有通过交互，用户才能获得一种震撼性的沉浸感。然而，从AR诞生至今的二十几年内，大多数研究者们的研究兴趣集中在三维注册和信息集成两个领域，近年来，随着跟踪、传感等技术的迅速发展，AR中的实时人机交互技术成为一个研究热点。

AR技术在国外发展较早，美国、欧洲和日本等国家和地区目前在AR技术的研究和应用上比较领先，在关键设备上也具备了设计和制造能力，并在技术上拥有多项知识产权和技术标准。美国DARPA将AR技术列为重要的军事技术，投入大量的资金进行有关的软、硬件系统研制，如在著名的“分布式交互模拟”系统中应用了AR技术，并将其作为美国建设“21世纪陆军”的关键技术。2003年，Volkswagen、BMW、Daimler Chrysler、Airbus、Siemens等公司和Fraunhofer Institute for Computer Graphics、University of Munich and Aachen共同开发了ARVIKA，将增强现实应用到了工业上。2007年，德国海因里希-赫兹通信技术研究所的Peter Eisert等人设计了一个“虚拟镜”系统，将AR技术应用到服装展示领域。在2005年日本爱知世博会上，日立企业馆就应用了一套AR系统来演示人与自然、人与动物的亲密关系。

在国内，AR技术起步较晚。北京理工大学光电工程系是国内较早较早进行了AR研究的单位之一，在AR系统硬件(光学透视式头盔，数据手套等)与三维注册算法等方面取得了一些研究成果，并将AR技术应用于圆明园现场数字重建，再现了我国文化瑰宝圆明园的旧时风采。浙江大学CAD&CG国家重点实验室和北方交通大学信息科学研究所均在分布式虚拟现实与增强现实关键技术方面做了深入研究。华中科技大学在三维注册方面开展了相关研究。国防科技大学则以虚拟演播室为平台，重点研究了虚拟演播室中的三维注册、虚拟像机控制技术和虚实景叠加技术。上海大学于2001年上半年开始启动“基于PC平台的AR系统的研究”，设计了基于PC平台的AR系统结构，实现了适合AR系统的、简便的、自动的、高精度和鲁棒的摄像头定标方法；于2006年开始国家科技支撑计划课题(2006BAK13B10)：“增强虚拟现实实时互动与大型异型屏技术集成与应用”，在实时人机交互技术和大型异型屏增强显示方面开展了深入的研究。

在产品设计、动画制作、建筑工程等领域，设计制图是后续一切工作的基础和依据。一种好的设计方法能让设计人员把脑海中的产品、动画形象以及房屋建筑等设计对象高效描绘出来，而且设计人员能从各种角度直观地查看所设计对象的立体视图，对其进行观察和评估，并能根据要求实时、自然地对其进行各种编辑修改操作。