利用Unity3D在Android平臺開發(fā)移動AR應(yīng)用的研究

張艷

摘要：隨著近幾年移動智能設(shè)備的飛速發(fā)展，集成強大的定位系統(tǒng)、陀螺儀、重力加速度等傳感器等模塊的智能手機已經(jīng)成為當(dāng)前實現(xiàn)AR技術(shù)的理想載體與平臺。與傳統(tǒng)AR技術(shù)利用專業(yè)的視覺設(shè)備方式不同，利用多傳感器并基于手機微處理器分析的Android平臺AR應(yīng)用系統(tǒng)，具有開發(fā)成本低、便攜性強、集成度高等優(yōu)勢。通過相關(guān)“大數(shù)據(jù)分析”及時的虛擬信息與真實環(huán)境信息的融合，該系統(tǒng)將提供用戶更高的體驗與強大的實用性。

關(guān)鍵詞：移動增強現(xiàn)實技術(shù)；三維建模；傳感器；Android

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）52-0055-02

一、前言

隨著近年移動智能設(shè)備的普及，巨大的利潤空間促使各大科技公司紛紛針對微控制器軟硬件進行大力研發(fā)。移動智能設(shè)備處理器從單核心逐步走向如今的十六核心，同時CPU主頻提高到2.5GHz，強大的運算功能與便攜性提供了移動智能設(shè)備無與倫比的用戶體驗與用戶期望。攝像頭的高速發(fā)展，將20萬像素提高到如今5500萬像素，許多移動智能設(shè)備擁有不遜色于數(shù)碼相機的攝像級別。

二、移動增強現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)分析

1.三維建模與三維注冊。三維建模是利用計算機軟件制作三維模型的物體多邊形，然后在其他視頻設(shè)備上進行顯示，顯示的物體有現(xiàn)實世界的實體、集成3D軟件虛擬構(gòu)建的物體。一般模型有三種：第一種是美工使用三維軟件建模；第二種是通過掃描儀進行實際測量建模；第三種是利用圖像或視頻來進行從簡模到高模的不斷完善。目前常用的建模軟件有3dsMax、Maya等，它們共同的特點是使用基本的幾何形狀，通過修改器進行變形、扭曲、鏤空等一系列操作生成復(fù)雜的幾何場景。[1]

三維注冊技術(shù)指的是通過對目標(biāo)物體進行計算從而使其數(shù)字化，采用智能設(shè)備的攝像頭和拍攝到的目標(biāo)物體所處的相對位置進行識別，投影矩陣通過計算獲取，這些獲得的投影矩陣可將各種虛擬信息實例化，實時地傳遞到圖像平面顯示所要求的正確位置上，并得到合成的最終的圖像，其注冊的精準(zhǔn)度好壞與注冊的穩(wěn)定性直接決定AR系統(tǒng)的成功與否。

基于安卓、iOS系統(tǒng)的智能手持設(shè)備（手機、平板電腦等）均已安裝了多種傳感設(shè)備，其中陀螺儀可得到設(shè)備的實時朝向；重力感應(yīng)器可得到設(shè)備的傾斜角的三維向量；設(shè)備上的GPS讓用戶獲得其所在的地理位置信息；攝像頭讓用戶捕捉面前的現(xiàn)實影像，獲取了這些信息，并通過一系列程序的邏輯處理便就能進行三維注冊，更加好的是為了減輕開發(fā)者的重復(fù)勞動，當(dāng)前的智能手機操作系統(tǒng)封裝處理了投影矩陣，通過接口函數(shù)，開發(fā)者便能輕松地獲取投影矩陣，而開發(fā)人員自身只要將相關(guān)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成程序所需的坐標(biāo)。[2]

2.顯示載體。在智能設(shè)備軟硬件的迅速發(fā)展下，AR的顯示設(shè)備也在不斷地更新?lián)Q代，從最初的龐大笨重的頭盔顯示機器，到現(xiàn)在的眼鏡、智能設(shè)備、平板電腦等等，目前AR的顯示設(shè)備包括了專業(yè)的顯示頭盔（HUD抬頭顯示器）、桌面顯示設(shè)備、視網(wǎng)膜顯示設(shè)備、手持型智能設(shè)備、投影顯示設(shè)備。[3]

3.網(wǎng)絡(luò)與傳輸。對于一些AR應(yīng)用軟件，主要依靠網(wǎng)絡(luò)信號傳輸與遠程服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸來維持有效聯(lián)絡(luò)。遠程服務(wù)器既能儲存大量的數(shù)據(jù)信息，還能在服務(wù)器上進行數(shù)據(jù)處理，使反饋給用戶的信息更加準(zhǔn)確、全面。

三、當(dāng)前智能設(shè)備傳感器測試與分析

1.GPS全球定位系統(tǒng)。GPS是Global Positioning System的簡稱，是當(dāng)前使用最廣泛的開放民用的定位系統(tǒng)。GPS誕生于1958年的美國軍方項目，并在1964年投入使用，到20世紀(jì)70年代，美國三軍聯(lián)合研制了新一代的衛(wèi)星實時定位系統(tǒng)，這便是GPS。GPS系統(tǒng)當(dāng)時的主要任務(wù)是為陸海空提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并同時運用于情報搜集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。

2.重力感應(yīng)器。重力感應(yīng)器，又稱重力加速度傳感器，是能夠測量加速度的一種傳感設(shè)備，它的主要組成部件為質(zhì)量塊、彈性元件、阻尼器、敏感元件以及適調(diào)電路等部分組成。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見的加速度傳感器有電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。傳感器在其加速過程中，通過測量質(zhì)量塊所受的慣性力，并利用牛頓第二定律獲取加速度值。

3.電子羅盤。電子羅盤，即數(shù)字指南針，它利用地磁場來定北極，從而獲取方向。電子羅盤可利用其內(nèi)置的磁阻傳感器來檢測磁場的方向。方向向前的x方向的磁阻傳感器、方向向左的y方向的磁阻傳感器、方向向下的z方向的磁阻傳感器可以用來檢測地磁場在該方向的矢量值。

四、Android平臺應(yīng)用開發(fā)與Unity3D建模分析

本系統(tǒng)基于Android5.1版本，數(shù)據(jù)服務(wù)來自于百度，數(shù)據(jù)交換采用json格式，本地化數(shù)據(jù)采用xml，擴展性腳本語言采用Lua，渲染API采用OpenGL ES。[4]

1.系統(tǒng)功能描述。本應(yīng)用是一種基于傳感器式的AR增強現(xiàn)實系統(tǒng)。它可以實現(xiàn)用戶導(dǎo)航，也可以為用戶實現(xiàn)地圖定位。如果當(dāng)設(shè)備與地面沒有平行，用戶可以自主調(diào)節(jié)導(dǎo)航半徑，來獲取在用戶所需的范圍內(nèi)的導(dǎo)航信息。在UI界面上會顯示該用戶自定范圍內(nèi)的所有導(dǎo)航相關(guān)的信息點。

2.導(dǎo)航功能模塊。首先經(jīng)緯度和海拔是通過Android設(shè)備上安裝的GPS系統(tǒng)取得，將這些經(jīng)緯度信息作為參數(shù)，從云端服務(wù)器接口調(diào)用用戶所需的數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)用戶對當(dāng)前所定范圍內(nèi)實時導(dǎo)航數(shù)據(jù)的獲??；其次則通過Android電子羅盤傳感器獲得用戶當(dāng)前的方向信息，依賴所獲得的方向信息，軟件根據(jù)從服務(wù)器上下載的數(shù)據(jù)，通過算法過濾符合當(dāng)前設(shè)備方向的周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，最終在0penGL的三維坐標(biāo)系中把繪制的附近數(shù)據(jù)與攝像頭的視頻圖像進行疊加處理，達到虛擬數(shù)據(jù)和實時視頻信息互相結(jié)合的功能。[5]

3.地圖定位模塊。地圖定位SDK使用的是Google Maps Android API V2開發(fā)包。與上一版本v1進行對比，v2在對申請密鑰的操作上進行了些許改動，它的應(yīng)用只能運行在安裝Android 2.2（API Level 8）以及以上版本的設(shè)備上，目前Google官方已停止申請V1版本，因此本應(yīng)用在地圖定位SDK上選用v2版本的開發(fā)包。

五、結(jié)語

本文利用增強現(xiàn)實技術(shù)來設(shè)計實現(xiàn)導(dǎo)航功能、定位功能，功能的實現(xiàn)基于傳感器式移動增強現(xiàn)實系統(tǒng)（基于Android平臺），有效地將用戶導(dǎo)航和地圖定位結(jié)合在一起。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源由維基百科所提供，設(shè)備朝向由電子羅盤獲得，設(shè)備的傾仰角由重力加速度傳感器獲得，設(shè)備的經(jīng)緯度以及海拔數(shù)據(jù)通過GPS來獲取，使用智能設(shè)備多傳感器的特點，最后根據(jù)用戶所處的位置信息從云端服務(wù)器接口獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過計算疊加到設(shè)備攝像頭端，從而達到虛擬對象和現(xiàn)實實時的結(jié)合，增進了用戶的使用體驗，具有一定的研究和實用價值。

參考文獻：

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[5]葛錦環(huán)，李際軍.一種基于MD5值的數(shù)字圖像加密新算法[J].計算機應(yīng)用與軟件，20l0，27（6）：35-38.