【摘要】：目前大家的學習方式主要是課上聽講為主,課下學習資料為輔,教學資源單一。增強現(xiàn)實技術(shù)作為新興技術(shù),其在教育領(lǐng)域的應用優(yōu)勢為學習者帶來了新的體驗。該技術(shù)豐富了學生的學習形式,增加了學生的動手能力,讓那些缺乏空間感和想象力的學習者能夠身臨其境的感受虛實疊加的學習資源。但是,由于受增強現(xiàn)實技術(shù)性能的影響,不能滿足學習者實時、準確獲得虛擬學習資源的需求,這使得增強現(xiàn)實教學資源還沒有廣泛普及。因此,如何提高增強現(xiàn)實教學資源實現(xiàn)中關(guān)鍵算法的性能,對增強現(xiàn)實教學資源普及具有重要意義。為此,本文研究了AR教學資源實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù),并設計和實現(xiàn)了一些基于增強現(xiàn)實的教學資源。首先,本文對增強現(xiàn)實教學資源實現(xiàn)算法進行了整體設計,對其中的關(guān)鍵技術(shù)進行了性能分析;然后,通過對傳統(tǒng)的圖像匹配算法進行研究與仿真,針對單一目標物體識別,研究了基于SURF的植物特征點檢測和改進的ORB植物特征描述相融合的目標匹配算法;接著,針對多目標物體識別場景,本文結(jié)合深度學習算法對圖像進行配準,通過對主流的基于CNN的目標檢測算法進行分析與仿真,利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的特征提取能力,訓練了 YOLOv3的植物檢測模型,用植物圖片對其進行了檢測測試。最后,本文在Android studio環(huán)境下,開發(fā)了基于增強現(xiàn)實的教學資源。該系統(tǒng)實現(xiàn)了教學資源采集與顯示、三維注冊、虛擬教學資源和真實場景疊加及人機交互等關(guān)鍵功能。增強現(xiàn)實技術(shù)的速度和精度均有所提升,可以從多方面滿足學習者的學習需求。該增強現(xiàn)實教學資源原型系統(tǒng)已經(jīng)完成。經(jīng)過初步測試,本系統(tǒng)各個功能模塊已經(jīng)實現(xiàn),算法的實時性和魯棒性達到預定目標,該系統(tǒng)可以為學習者提供一種虛實疊加的學習資源,提高了學習者對學習的興趣。
【圖文】：

圖２．２增強現(xiàn)實教學資源流程逡逑增強現(xiàn)實的教學資源實現(xiàn)中應用的關(guān)鍵技術(shù)主要有：二維圖像檢測、三維物體逡逑檢測、資源模型設計、三維注冊、顯示技術(shù)等１１７］。主要流程如圖２．３所示。逡逑（開始）逡逑Ｉ逡逑教學圖像逡逑采集逡逑教學圖像逡逑壓縮逡逑士邐廣＾ｉ邋邐逡逑教學三維邋｜教學圖像邐｜教學資源逡逑物體檢測邐檢測邐模型設計逡逑１邋￣邋ｊ邋￣￣逡逑三維注冊｜多傳感融合逡逑Ｊｒ—逡逑教學資源邋邐＊邐逡逑哰實ＩＩ加邐教學系統(tǒng)Ｗ逡逑邐－Ｔ邐邐｜邋面可視化逡逑Ｉ逡逑圖２．３增強現(xiàn)實教學資源實現(xiàn)逡逑⑴圖像及三維物體檢測技術(shù)逡逑目標檢測是增強現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)之一［１８］。攝像頭拍攝到真實世界的場景信息后，逡逑系統(tǒng)需要識別到并準確的給學習者展示要學習的教學資源。對于真實世界的三維物逡逑體，移動端攝像頭也需要進行目標識別，從而使虛擬信息進行精準疊加。逡逑（２）資源模型設計逡逑為了給學習者展示多樣化的學習資源，我們需要設計大量的學習模型。ＡＲ教逡逑７逡逑

（ｌ）ＦＡＳＴ算法最主要的特點就是速度快首先對待檢測的植物圖像設置合適逡逑的閾值，，通過對該圖像中的像素點周圍的若干個點（通常為１６個）的像素值進行分逡逑析，如圖２．５所示的１６個點。判斷這些點中是否滿足Ｎ個連續(xù)的像素點的值都大逡逑于或者小于某個閾值，若果滿足，則其為植物的角點，否則舍棄。該算法的缺點明逡逑顯。首先，它不能排除大部分的候選點，當為１２個時，相鄰的多個植物特征點會被逡逑檢測到。其次，該算法檢測出的植物角點不是最優(yōu)的。更為重要的是它不具有旋轉(zhuǎn)逡逑不變性和尺度不變性［２３］。然而增強現(xiàn)實資源中需要用到旋轉(zhuǎn)等角度變換操作，鑒于逡逑此，其不適用于增強現(xiàn)實教學資源系統(tǒng)。逡逑Ｉ邋％．邐，逡逑Ａ邋ｉｉｌｉｉｉｌ逡逑ｅｌ邋ｉｉ邐３邋４Ｊ逡逑１３邋１０邐４逡逑Ｊ邐逡逑~|邋ｌ１１邋８邋７逡逑圖２．５ＦＡＳＴ算法圖逡逑（２）ＳＩＦＴ算法即尺度不變特征變換算法該算法在植物圖像中具有的尺度不逡逑變性和旋轉(zhuǎn)變換不變性。同時，當學習者的學習視角發(fā)生變換或者受到周圍環(huán)境噪逡逑聲的影響時
【學位授予單位】：華中師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：G434;TP391.41

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本文編號：2691946