混合現(xiàn)實魚缸系統(tǒng)及其交互技術研究
發(fā)布時間：2020-12-09 12:33
魚缸和魚對人的身心健康有積極的作用。魚缸具有舒緩作用,觀察魚類會產(chǎn)生放松效果,且會吸引人的注意力。此外,魚缸也是中國家庭常見的觀賞設備,構造比較簡單、成本也不高。本文研發(fā)了一種基于真實魚缸的混合現(xiàn)實(Mixed Reality,MR)系統(tǒng),將真實的魚缸環(huán)境與虛擬的水下世界有效融合,提供一個有趣的混合現(xiàn)實環(huán)境,用于開發(fā)兒童英語學習、孤獨癥譜系障礙(ASD,原稱自閉癥)兒童的認知康復訓練等應用系統(tǒng)。本文研發(fā)的MR魚缸系統(tǒng),在真實魚缸后側的玻璃中間固化有液晶調光膜,用作投影幕布,投影畫面可投在上面與真實魚缸內的場景融合。而在魚缸前面的玻璃上則嵌有紅外觸摸框,將魚缸表面變身為觸控交互面板。在MR魚缸系統(tǒng)的實際應用中,如ASD兒童的認知康復訓練的實際應用中,我們發(fā)現(xiàn),由于玻璃和水的折射影響,投影在液晶調光膜的內容在到達人眼時會產(chǎn)生位置的“漂移”,導致不同用戶在魚缸前的不同位置進行觸控交互時,存在“所觸非所見”的現(xiàn)象,即產(chǎn)生觸控交互不準的問題。此外,魚缸內真實魚類的來回游動,對虛擬場景造成一定的遮擋,使用戶無法有效地獲取虛擬場景信息。為此,本文研究了混合現(xiàn)實魚缸系統(tǒng)及其交互技術。歸納的,本文的主要...
【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１－１?ＭＲ魚缸的應用??
?山東大學碩士學位論文???第２章基礎知識??２．１光的折射??光線從一種介質斜射入另一種介質時，由于光線在兩種不同的物質中，其傳播??速度是不同的，所以在不同介質的交界處，光線的傳播方向會發(fā)生改變，從而發(fā)??生偏折，產(chǎn)生折射現(xiàn)象，如圖２－１左圖。在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。??Ｔ??圖２－１光的折射現(xiàn)象（左）以及斯涅爾定律（右）圖示??在計算機圖形學中，我們利用斯涅爾定律（Ｓｎｅｌｌ’ｓ?Ｌａｗ）表示光的折射現(xiàn)象。??斯涅爾定律是描述光或其他的波，在發(fā)生折射時，入射角與折射角關系的一個公??式。斯涅爾定律的公式表示為：》ｉｓｉｎ０ｉ?＝?ｍｓｉｎ沒２，其中１１丨，ｎ２分別是發(fā)生折射前??后兩種介質對應的折射率，０１和０２則是入射角和折射角，如圖２－１右圖。在一般情??況下，真空（或空氣）的折射率默認為１，其他介質的折射率則比真空都要大，??也就是ｎ＞ｌ。常見的介質，比如水的折射率是１．３３，一般的玻璃的折射率是１．５。??２．２?Ｋｉｎｅｃｔ基礎知識??Ｋｉｎｅｃｔ是微軟推出的一款體感攝像頭外設，包括彩色攝像頭、深度傳感器（可??用于面部表情和動作識別），以及多點陣列麥克風（可用于語音識別），可以識??別玩家的動作及語音，進行體感類游戲及語音識別等等。??９??
?山東大學碩士學位論文???２．２．１?Ｋｉｎｅｃｔ?坐標系??Ｋｉｎｅｃｔ有三個坐標２間：相機空間（Ｃａｍｅｒａ?Ｓｐａｃｅ）、深度空間（Ｄｅｐｔｈ?Ｓｐａｃｅ）??以及彩色空間（Ｃｏｌｏｒ?Ｓｐａｃｅ）。??１?？相機空間（Ｃａｍｅｒａ?Ｓｐａｃｅ）??相機空間坐標系指的是，以Ｋｉｎｅｃｔ紅外相機中心為原點的３Ｄ空間坐標系，如??圖２－２。相機空間的坐標系是跟現(xiàn)實世界一致的坐標系統(tǒng)，其坐標單位是米（ｍ），??可用于人體骨骼追蹤、三維重建等等。???｝ｙ??????，??■／ｚ??圖２－２?Ｋｉｎｅｃｔ相機空間坐標系??２．深度圖像空間（Ｄｅｐｔｈ?Ｓｐａｃｅ）??深度圖像空間用來描述深度圖像的信息。ｘ代表列，ｙ代表行，（ｘ，ｙ）表示??深度圖像上某一列某一行，對應的一個像素坐標。ｚ表現(xiàn)為深度圖像上的灰度，是??深度相機測得的深度或者說距離，是物體到紅外相機光心的距離，也就是物體到??相機空間坐標系ＸＯＹ平面的距離，所以物體在深度空間的ｚ值，與相機空間中的??ｚ值一致。在某些情況下，需要ｚ值才能將深度圖像空間映射到其他空間。??３．彩色圖像空間（ＣｏｌｏｒＳｐａｃｅ）??彩色圖像空間用來描述彩色圖像的信息，類似深度圖像空間。ｘ代表列，ｙ代??表行，（Ｘ，ｙ）表示彩色圖像上某一列某一行，對應的一個像素坐標。彩色相機??和紅外相機并不在Ｋｉｎｅｃｔ的同一位置，所以二者觀察的視角并不相同，此外彩色??圖像和深度圖像的分辨率也是不同的，所以兩個圖像直接不能按照像素直接進行??對應。??對于Ｋｉｎｅｃｔ不同空間的坐標，Ｋｉｎｅｃｔ?ＳＤＫ提供了一些方法來方便開發(fā)者進行??坐標轉換，這些方法位于Ｋｉｎ
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于3D計算機視覺的魚類行為分析研究[J]. 湯一平,劉森森,石興民,鐘羽云. 高技術通訊. 2015 (03)
[2]基于單攝像機視頻的魚類三維自動跟蹤方法初探[J]. 徐盼麟,韓軍,童劍鋒. 水產(chǎn)學報. 2012(04)
[3]三維坐標轉換的非線性模型[J]. 曾文憲,陶本藻. 武漢大學學報(信息科學版). 2003(05)
本文編號：2906868
【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１－１?ＭＲ魚缸的應用??
?山東大學碩士學位論文???第２章基礎知識??２．１光的折射??光線從一種介質斜射入另一種介質時，由于光線在兩種不同的物質中，其傳播??速度是不同的，所以在不同介質的交界處，光線的傳播方向會發(fā)生改變，從而發(fā)??生偏折，產(chǎn)生折射現(xiàn)象，如圖２－１左圖。在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。??Ｔ??圖２－１光的折射現(xiàn)象（左）以及斯涅爾定律（右）圖示??在計算機圖形學中，我們利用斯涅爾定律（Ｓｎｅｌｌ’ｓ?Ｌａｗ）表示光的折射現(xiàn)象。??斯涅爾定律是描述光或其他的波，在發(fā)生折射時，入射角與折射角關系的一個公??式。斯涅爾定律的公式表示為：》ｉｓｉｎ０ｉ?＝?ｍｓｉｎ沒２，其中１１丨，ｎ２分別是發(fā)生折射前??后兩種介質對應的折射率，０１和０２則是入射角和折射角，如圖２－１右圖。在一般情??況下，真空（或空氣）的折射率默認為１，其他介質的折射率則比真空都要大，??也就是ｎ＞ｌ。常見的介質，比如水的折射率是１．３３，一般的玻璃的折射率是１．５。??２．２?Ｋｉｎｅｃｔ基礎知識??Ｋｉｎｅｃｔ是微軟推出的一款體感攝像頭外設，包括彩色攝像頭、深度傳感器（可??用于面部表情和動作識別），以及多點陣列麥克風（可用于語音識別），可以識??別玩家的動作及語音，進行體感類游戲及語音識別等等。??９??
?山東大學碩士學位論文???２．２．１?Ｋｉｎｅｃｔ?坐標系??Ｋｉｎｅｃｔ有三個坐標２間：相機空間（Ｃａｍｅｒａ?Ｓｐａｃｅ）、深度空間（Ｄｅｐｔｈ?Ｓｐａｃｅ）??以及彩色空間（Ｃｏｌｏｒ?Ｓｐａｃｅ）。??１?？相機空間（Ｃａｍｅｒａ?Ｓｐａｃｅ）??相機空間坐標系指的是，以Ｋｉｎｅｃｔ紅外相機中心為原點的３Ｄ空間坐標系，如??圖２－２。相機空間的坐標系是跟現(xiàn)實世界一致的坐標系統(tǒng)，其坐標單位是米（ｍ），??可用于人體骨骼追蹤、三維重建等等。???｝ｙ??????，??■／ｚ??圖２－２?Ｋｉｎｅｃｔ相機空間坐標系??２．深度圖像空間（Ｄｅｐｔｈ?Ｓｐａｃｅ）??深度圖像空間用來描述深度圖像的信息。ｘ代表列，ｙ代表行，（ｘ，ｙ）表示??深度圖像上某一列某一行，對應的一個像素坐標。ｚ表現(xiàn)為深度圖像上的灰度，是??深度相機測得的深度或者說距離，是物體到紅外相機光心的距離，也就是物體到??相機空間坐標系ＸＯＹ平面的距離，所以物體在深度空間的ｚ值，與相機空間中的??ｚ值一致。在某些情況下，需要ｚ值才能將深度圖像空間映射到其他空間。??３．彩色圖像空間（ＣｏｌｏｒＳｐａｃｅ）??彩色圖像空間用來描述彩色圖像的信息，類似深度圖像空間。ｘ代表列，ｙ代??表行，（Ｘ，ｙ）表示彩色圖像上某一列某一行，對應的一個像素坐標。彩色相機??和紅外相機并不在Ｋｉｎｅｃｔ的同一位置，所以二者觀察的視角并不相同，此外彩色??圖像和深度圖像的分辨率也是不同的，所以兩個圖像直接不能按照像素直接進行??對應。??對于Ｋｉｎｅｃｔ不同空間的坐標，Ｋｉｎｅｃｔ?ＳＤＫ提供了一些方法來方便開發(fā)者進行??坐標轉換，這些方法位于Ｋｉｎ
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于3D計算機視覺的魚類行為分析研究[J]. 湯一平,劉森森,石興民,鐘羽云. 高技術通訊. 2015 (03)
[2]基于單攝像機視頻的魚類三維自動跟蹤方法初探[J]. 徐盼麟,韓軍,童劍鋒. 水產(chǎn)學報. 2012(04)
[3]三維坐標轉換的非線性模型[J]. 曾文憲,陶本藻. 武漢大學學報(信息科學版). 2003(05)
本文編號：2906868
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