發(fā)布時間：2020-10-13 19:34

　　 近些年,增強現實技術作為一個引人注目的新興技術,已逐漸被應用于教育領域。增強現實所帶來的動態(tài)交互式體驗教育,增強了教育的互動性與參與性,起到了寓教于樂的作用。2014年,在美國國家科學基金會的資助下,加州大學戴維斯分校開發(fā)增強現實沙盒(Augmented Reality Sandbox),以發(fā)展地球和流域科學教育。本文中構建的增強現實沙盒是一個實時的增強現實交互系統(tǒng),人們可利用真實的沙子在沙盒中建造三維地形,系統(tǒng)利用微軟Kinect傳感器實時讀取此三維地形的高度數據,并將此數據傳給計算機,計算機處理此數據生成海拔彩色圖、等高線及模擬的水流等彩色圖像,通過投影儀將這些圖像投影在真實的沙盒之上,便于向學生教授相關的地理、地質及水文概念,如等高線的意義,流域及分水嶺知識等。此增強現實沙盒目前僅以教育為目的被應用在一些歐美發(fā)達國家的博物館和科技館中的互動體驗式展覽區(qū),因此本課題以增強現實技術為基礎,搭建增強現實沙盒系統(tǒng),并利用增強現實沙盒中的Kinect對沙盒地形進行三維重建,以此作為一個切入點,為后期開發(fā)相關的軍事應用,如沙盒推演,全局路徑規(guī)劃,軍事態(tài)勢分析及可視化戰(zhàn)場指揮等做鋪墊。本課題創(chuàng)新點在于,針對增強現實沙盒場景,提出了一種Kinect三維重建方法,其可自動裁剪掉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了研究:(1)分析增強現實技術在教育領域、互動展示、軍事領域方面的應用現狀,以及地形三維重建技術在重建工具和接觸情況分類下的研究現狀,為增強現實系統(tǒng)及地形重建關鍵技術及理論的研究奠定基礎。(2)對增強現實技術及深度傳感工具做基礎分析,為增強現實系統(tǒng)的實現及地形重建技術研究奠定理論和應用基礎。(3)從增強現實沙盒系統(tǒng)的目標出發(fā),設計系統(tǒng)的硬件架構,分析軟件處理過程,給出系統(tǒng)的校準方法,講解系統(tǒng)功能實現原理,說明系統(tǒng)當前分布情況,并進行調研做出系統(tǒng)用戶體驗評估。(4)根據三維重建的基本要求和對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鍵算法,利用增強現實沙盒中的深度傳感工具Microsoft Kinect對沙盒地形進行三維重建。(5)對增強現實沙盒及地形重建進行實驗驗證及分析,證明增強現實沙盒系統(tǒng)及三維重建算法的正確性。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：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 增強現實技術研究現狀
        1.2.1 教育領域的應用
        1.2.2 互動展示的應用
        1.2.3 軍事領域的應用
    1.3 三維重建技術研究現狀
        1.3.1 重建工具分類
        1.3.2 接觸情況分類
    1.4 論文的主要內容與章節(jié)安排
第2章 增強現實技術基礎分析
    2.1 增強現實技術
        2.1.1 增強現實介紹
        2.1.2 增強現實顯示技術
        2.1.3 增強現實投影技術
    2.2 深度傳感技術
        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
第3章 增強現實系統(tǒng)實現
    3.1 系統(tǒng)軟硬件架構
        3.1.1 系統(tǒng)硬件
        3.1.2 系統(tǒng)軟件
    3.2 系統(tǒng)校準與原理
        3.2.1 系統(tǒng)校準方法
        3.2.2 系統(tǒng)工作原理
    3.3 系統(tǒng)分布與評估
        3.3.1 系統(tǒng)分布
        3.3.2 系統(tǒng)評估
    3.4 本章小結
第4章 三維重建技術
    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 深度數據獲取
        4.2.1 深度數據獲取方式
        4.2.2 深度數據獲取原理
    4.3 哈夫變換
        4.3.1 哈夫變換概述
        4.3.2 直線檢測原理
        4.3.3 直線檢測實現
    4.4 雙邊濾波
        4.4.1 噪聲來源分析
        4.4.2 去噪算法分析
        4.4.3 雙邊濾波算法
    4.5 本章小結
第5章 實驗驗證及分析
    5.1 增強現實沙盒實驗
        5.1.1 地形顏色對照實驗
        5.1.2 海平面高度提取實驗
    5.2 地形重建實驗
        5.2.1 山地地形重建
        5.2.2 洼地地形重建
    5.3 用戶體驗評估實驗
        5.3.1 實驗流程
        5.3.2 實驗結果
        5.3.3 實驗結論
    5.4 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士期間授權的專利
攻讀碩士期間參與的項目
學位論文評閱及答辯情況表

【參考文獻】

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本文編號：2839614