基于iPhone的城市街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

鄧運(yùn)蘭 郭鑫

摘要：該文介紹了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在城市街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)生成與真實(shí)場景相關(guān)但現(xiàn)實(shí)中并不直接可見的虛擬物體或信息，并將虛擬物體或信息以合適的角度擺放到真實(shí)場景中恰當(dāng)?shù)奈恢?，以?shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)，利用iPhone智能手機(jī)IOS等開放平臺(tái)，為智能手機(jī)用戶搜索當(dāng)前位置附近的感興趣地點(diǎn)，并獲得直觀快速的良好用戶體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)；虛擬現(xiàn)實(shí)；開放平臺(tái)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）25-5958-02

1 概述

當(dāng)我們步行于城市的大街小巷時(shí)，需要了解當(dāng)前所處的位置以及周圍的環(huán)境，但是城市高樓林立，看到的信息只是高樓的形狀和外觀，我們不知道一棟高樓、一家餐館、一家商店提供了什么服務(wù)，口碑如何；當(dāng)我們?nèi)柿⒃诼房谘芈诽魍麜r(shí)，我們不知道目的地是否在道路的前方；甚至，當(dāng)我們要搭一輛公車時(shí)，我們不知道道路的前方是否有所需要的公車路線，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)正好為我們解決了這個(gè)問題。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

2.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR），是一種在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，也被稱之為混合現(xiàn)實(shí)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相比有它自身的特點(diǎn)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)則是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成與真實(shí)場景相關(guān)但現(xiàn)實(shí)中并不直接可見的虛擬物體或信息，并將虛擬物體或信息以合適的角度擺放到真實(shí)場景中恰當(dāng)?shù)奈恢茫詫?shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。

2.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展歷程

① 1992年波音公司提出“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”概念，將不可見的信息實(shí)時(shí)疊加在顯示器上顯示。

② 1999年日本廣島城市大學(xué)與美國華盛頓大學(xué)聯(lián)合發(fā)布了ARToolKit增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開發(fā)庫，使用c/c++語言編寫，可以在多種操作系統(tǒng)下運(yùn)行。

③ 蘋果公司在2009年利用iPhone 3GS開始推出增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，一款地下鐵向?qū)к浖?，以現(xiàn)實(shí)疊加信息告知地鐵站的站名、路線名與距離等信息。

④ 2013年6月，西班牙卡洛斯三世大學(xué)的研究人員通過使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)出一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，讓教師隨時(shí)接收學(xué)生聽課的反饋意見。

2.3移動(dòng)平臺(tái)上的iPhone手機(jī)實(shí)現(xiàn)街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

1） 利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在移動(dòng)平臺(tái)上挖掘更多的應(yīng)用場景。

2） 利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對周圍地點(diǎn)信息進(jìn)行直觀瀏覽。

3） 在利用iPhone等智能手機(jī)利用攝像頭進(jìn)行拍攝時(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)根據(jù)拍攝環(huán)境自行增加虛擬場景。

4） 利用ios平臺(tái)、百度LBS開放平臺(tái)、大眾點(diǎn)評開發(fā)者平臺(tái)、新浪微博開放平臺(tái)、無線通訊等多種技術(shù)手段，可搜索增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)后的目的地，可全方位了解該目的地。

5） 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在開放平臺(tái)上的應(yīng)用可以在各個(gè)科技領(lǐng)域?yàn)槿藗兲峁└鞣N服務(wù)。如將2D或3D動(dòng)畫或者視頻實(shí)時(shí)地疊加到手機(jī)攝像頭所捕捉到的場景的技術(shù)，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的跟蹤技術(shù)[8]，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)上SLAM系統(tǒng)，徐遲[9]探討了在有預(yù)置標(biāo)志物的情況下三維物體識別和虛實(shí)注冊問題，提出三維識別方法。

3 城市街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

3.1街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用前景

當(dāng)我們不能一眼看穿眼前一個(gè)事物的屬性和特點(diǎn)時(shí)，負(fù)載有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能的手機(jī)系統(tǒng)能告訴我們這個(gè)事物的信息，并且讓該信息更加形象生動(dòng)直觀。例如在一棟餐館前，你只需要拿iPhone手機(jī)使用攝像頭拍攝，屏幕視野中不僅顯示拍攝到的餐館外觀，還疊加關(guān)于該餐館的餐飲類型、平均就餐費(fèi)用、口碑情況等信息；又例如當(dāng)你到一個(gè)陌生地點(diǎn)尋找公車路線，在傳統(tǒng)手機(jī)地圖軟件上查詢路線須將眼前的真實(shí)環(huán)境映射到平面地圖，有時(shí)使用起來并不方便。還可以用具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的手機(jī)朝著街道一照，即可顯示街道名字和前方五百米處的公車站路線信息，為人們出門提供了更大的便利。

3.2街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路線

基于C/S的架構(gòu)，iPhone手機(jī)作為客戶端通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向百度LBS開放平臺(tái)、大眾點(diǎn)評開發(fā)者平臺(tái)、新浪微博開放平臺(tái)請求服務(wù)，以獲得相關(guān)信息與上傳信息。利用這些網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)類型和方法，在手機(jī)端利用多種傳感器實(shí)現(xiàn)以友好、直觀和便捷的交互方式向用戶查詢信息提供便利。

3.3街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新

基于iPhone實(shí)現(xiàn)城市街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)制作真實(shí)環(huán)境中的三維物體，通過三維注冊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛擬與現(xiàn)實(shí)的有效融合。并通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向百度LBS開放平臺(tái)、大眾點(diǎn)評開發(fā)者平臺(tái)、新浪微博開放平臺(tái)請求服務(wù)，以幫忙iPhone手機(jī)用戶搜索當(dāng)前位置附近的感興趣地點(diǎn)。

4 基于iPhone手機(jī)街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)信息搜集和處理

1） 系統(tǒng)信息搜集

使用iPhone手機(jī)的GPS傳感器和電子羅盤對現(xiàn)實(shí)位置進(jìn)行獲取和準(zhǔn)確定位，智能分析手機(jī)所處的方位方向，以及對手機(jī)進(jìn)行水平矯正，從而準(zhǔn)確獲取用戶所需的現(xiàn)實(shí)信息。對現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫分析，調(diào)出增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫中的現(xiàn)實(shí)信息的屬性信息加以整合，以形成數(shù)據(jù)信息搜集鏈。

2）系統(tǒng)信息處理

使用iPhone手機(jī)攝像頭可視角度內(nèi)的Poi將搜集來的現(xiàn)實(shí)信息準(zhǔn)確疊加在攝像頭的視頻上，以達(dá)到虛實(shí)結(jié)合的目的。Poi信息以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的方式展示，用戶不單能看到攝像頭拍攝到的現(xiàn)實(shí)場景，還可以看到疊加在現(xiàn)實(shí)場景上的代表該P(yáng)oi的虛擬信息。當(dāng)用戶將手機(jī)攝像頭朝向某個(gè)方向拍攝，這個(gè)方向上的Poi信息會(huì)顯示出來，用戶也可以切換至地圖模式查看附近所有的Poi信息。當(dāng)用戶對某個(gè)Poi特別感興趣時(shí)，可以查看其詳細(xì)信息，可以導(dǎo)航到該地點(diǎn)，也可以將其收藏或通過短信、郵件、微博等方式進(jìn)行分享。

5 結(jié)論

本文對基于iPhone的城市街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究進(jìn)行了綜述，介紹了街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，手機(jī)軟件開發(fā)開臺(tái)與技術(shù)也有了較大發(fā)展，相關(guān)開發(fā)技術(shù)已比較成熟，可以利用現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)城市街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。同時(shí)，這樣一款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件可以更便捷地服務(wù)用戶，對用戶感興趣的地理信息以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)視頻的方式呈現(xiàn)給用戶，以友好、直觀和便捷的交互方式向用戶查詢信息提供便利。同時(shí)基于iPhone手機(jī)的城市街道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對其他增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的問世提供了技術(shù)支持，將推動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)不斷的發(fā)展，以更好地服務(wù)廣大用戶。

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