近些年,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)引人注目的新興技術(shù),已逐漸被應(yīng)用于教育領(lǐng)域。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)所帶來(lái)的動(dòng)態(tài)交互式體驗(yàn)教育,增強(qiáng)了教育的互動(dòng)性與參與性,起到了寓教于樂(lè)的作用。2014年,在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助下,加州大學(xué)戴維斯分校開(kāi)發(fā)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒(Augmented Reality Sandbox),以發(fā)展地球和流域科學(xué)教育。本文中構(gòu)建的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒是一個(gè)實(shí)時(shí)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng),人們可利用真實(shí)的沙子在沙盒中建造三維地形,系統(tǒng)利用微軟Kinect傳感器實(shí)時(shí)讀取此三維地形的高度數(shù)據(jù),并將此數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)處理此數(shù)據(jù)生成海拔彩色圖、等高線及模擬的水流等彩色圖像,通過(guò)投影儀將這些圖像投影在真實(shí)的沙盒之上,便于向?qū)W生教授相關(guān)的地理、地質(zhì)及水文概念,如等高線的意義,流域及分水嶺知識(shí)等。此增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒目前僅以教育為目的被應(yīng)用在一些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的博物館和科技館中的互動(dòng)體驗(yàn)式展覽區(qū),因此本課題以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ),搭建增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒系統(tǒng),并利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒中的Kinect對(duì)沙盒地形進(jìn)行三維重建,以此作為一個(gè)切入點(diǎn),為后期開(kāi)發(fā)相關(guān)的軍事應(yīng)用,如沙盒推演,全局路徑規(guī)劃,軍事態(tài)勢(shì)分析及可視化戰(zhàn)場(chǎng)指揮等做鋪墊。本課題創(chuàng)新點(diǎn)在于,針對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒場(chǎng)景,提出了一種Kinect三維重建方法,其可自動(dòng)裁剪掉Kinect視野中沙盒的邊緣,并在Matlab中精確完整地重建沙盒地形。本文從下述方面展開(kāi)了研究:(1)分析增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域、互動(dòng)展示、軍事領(lǐng)域方面的應(yīng)用現(xiàn)狀,以及地形三維重建技術(shù)在重建工具和接觸情況分類(lèi)下的研究現(xiàn)狀,為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及地形重建關(guān)鍵技術(shù)及理論的研究奠定基礎(chǔ)。(2)對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及深度傳感工具做基礎(chǔ)分析,為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及地形重建技術(shù)研究奠定理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。(3)從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒系統(tǒng)的目標(biāo)出發(fā),設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件架構(gòu),分析軟件處理過(guò)程,給出系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法,講解系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理,說(shuō)明系統(tǒng)當(dāng)前分布情況,并進(jìn)行調(diào)研做出系統(tǒng)用戶(hù)體驗(yàn)評(píng)估。(4)根據(jù)三維重建的基本要求和對(duì)沙盒地形重建的特殊要求,提出不同于Kinect Fusion算法的Kinect三維重建流程,分析三維重建中的關(guān)鍵算法,利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒中的深度傳感工具M(jìn)icrosoft Kinect對(duì)沙盒地形進(jìn)行三維重建。(5)對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒及地形重建進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析,證明增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒系統(tǒng)及三維重建算法的正確性。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TP391.9
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
        1.1.1 課題的研究背景
        1.1.2 課題的研究意義
    1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 教育領(lǐng)域的應(yīng)用
        1.2.2 互動(dòng)展示的應(yīng)用
        1.2.3 軍事領(lǐng)域的應(yīng)用
    1.3 三維重建技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 重建工具分類(lèi)
        1.3.2 接觸情況分類(lèi)
    1.4 論文的主要內(nèi)容與章節(jié)安排
第2章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)分析
    2.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)
        2.1.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)介紹
        2.1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)
        2.1.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)投影技術(shù)
    2.2 深度傳感技術(shù)
        2.2.1 深度傳感器介紹
        2.2.2 深度傳感器原理
        2.2.3 Kinect三維重建
    2.3 本章小結(jié)
第3章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
    3.1 系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)
        3.1.1 系統(tǒng)硬件
        3.1.2 系統(tǒng)軟件
    3.2 系統(tǒng)校準(zhǔn)與原理
        3.2.1 系統(tǒng)校準(zhǔn)方法
        3.2.2 系統(tǒng)工作原理
    3.3 系統(tǒng)分布與評(píng)估
        3.3.1 系統(tǒng)分布
        3.3.2 系統(tǒng)評(píng)估
    3.4 本章小結(jié)
第4章 三維重建技術(shù)
    4.1 Kinect三維重建算法
        4.1.1 三維重建要求
        4.1.2 三維重建流程
    4.2 深度數(shù)據(jù)獲取
        4.2.1 深度數(shù)據(jù)獲取方式
        4.2.2 深度數(shù)據(jù)獲取原理
    4.3 哈夫變換
        4.3.1 哈夫變換概述
        4.3.2 直線檢測(cè)原理
        4.3.3 直線檢測(cè)實(shí)現(xiàn)
    4.4 雙邊濾波
        4.4.1 噪聲來(lái)源分析
        4.4.2 去噪算法分析
        4.4.3 雙邊濾波算法
    4.5 本章小結(jié)
第5章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析
    5.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)沙盒實(shí)驗(yàn)
        5.1.1 地形顏色對(duì)照實(shí)驗(yàn)
        5.1.2 海平面高度提取實(shí)驗(yàn)
    5.2 地形重建實(shí)驗(yàn)
        5.2.1 山地地形重建
        5.2.2 洼地地形重建
    5.3 用戶(hù)體驗(yàn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 實(shí)驗(yàn)流程
        5.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        5.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士期間授權(quán)的專(zhuān)利
攻讀碩士期間參與的項(xiàng)目
學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2839614