基于深度图像的具有虚实物体碰撞交互功能的增强现实系统

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增强现实,即实现对现实的“增强”。它通过将计算机生成的虚拟信息、物体或者场景叠加到真实环境中来增强原有的现实世界。增强现实技术突破了虚拟世界的界限,使虚拟信息与真实信息有机融合,并能自然交互,往往能够达到特定的感知和应用目的,成为近年来最受关注的信息技术之一增强现实的关键技术包括:三维跟踪注册技术、虚实交互技术、虚实融合技术等。本文将重点研究其中的虚实交互技术。针对传统增强现实系统中虚拟物体与真实物体难以进行碰撞交互的问题,本文提出一种对深度图像分割并为真实物体构建代理几何体的方法,来实现虚拟物体与真实场景之间的碰撞交互。在本文方法中,首先采用Kinect等深度获取设备采集当前真实场景的数据,包括场景的彩色图像信息和深度图像信息;然后以深度图像中点云的法向信息和连通性为准则,采用区域生长方法对深度图像进行区域分割,并在此基础上利用高斯图像的平面判定技术识别出场景中的主平面区域;之后对除去主平面区域的其他点云区域进行融合处理,得到场景中的其他主要物体区域;为识别出的主平面构建虚拟平面作为该平面的代理几何体,为分割出的物体构建包围盒来作为其代理几何体。最后将这些代理几何体叠加到真实物体上,并对之赋予物理属性,即可模拟实现虚拟物体与真实物体的碰撞交互。本文工作的主要贡献在于: (1)提出一种利用代理几何体来实现虚、实物体碰撞交互的增强现实系统的实现方法;(2)提出一套利用深度图像的法向信息和区域连通性对深度图像表示的场景进行有效分割的算法。实验结果表明,本文方法可有效分割简单场景,从而实现虚实交互。相对于传统的增强现实系统,本文给出了一种简洁高效的方式来提供更为逼真的虚实交互效果,在增强现实相关研究和应用领域具有一定创新意义和很好的应用价值。
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