华 中 科 技 大 学硕 士 学 位 论 文手 机 增 强 现 实 虚 实 注 册 关 键 技 术 研 究姓 名 ： 周 俊 威申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 水 利 水 电 工 程指 导 教 师 ： 任 波2011-03-01华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘 要增 强 现 实 （ Augmented Reality 简 称 AR） 技 术 是 近 来 国 内 外 研 究 的 一 个 热 点 ，是 将 现 实 环 境 与 虚 拟 场 景 无 缝 融 合 ， 最 终 增 强 用 户 对 真 实 场 景 的 体 验 。 随 着 计 算 机技 术 ， 以 及 智 能 手 机 、 PDA、 平 板 电 脑 等 智 能 终 端 设 备 的 发 展 ， 人 们 越 来 越 依 赖 于这 些 随 身 携 带 的 智 能 设 备 并 且 移 动 平 台 上 的 增 强 现 实 应 用 也 将 越 来 越 多 丰 富 。 三 维注 册 （ 也 称 虚 实 配 准 ） 一 直 都 是 增 强 现 中 的 核 心 技 术 。 随 着 近 年 增 强 现 实 的 快 速 发展 ， 移 动 平 台 上 的 虚 实 配 准 逐 渐 成 为 增 强 现 实 应 用 的 研 究 热 点 。本 文 针 对 大 多 手 机 上 的 增 强 现 实 系 统 场 景 单 一 ， 且 依 赖 于 标 识 的 现 状 ， 提 出 一种 更 快 速 、 更 健 壮 且 不 依 赖 于 标 识 的 增 强 现 实 系 统 。 该 系 统 大 大 的 扩 展 了 增 强 现 实技 术 的 应 用 范 围 ， 同 时 解 决 了 手 机 上 由 于 内 存 小 、 计 算 能 力 弱 、 无 法 实 现 实 时 运 行的 问 题 ， 提 高 了 三 维 注 册 的 精 度 和 鲁 棒 性 。本 文 就 上 述 问 题 ， 在 手 机 上 实 现 了 一 些 传 统 算 法 ， 并 提 出 了 一 些 新 颖 的 算 法 和解 决 方 案 ， 主 要 内 容 包 括 ：1) 采 用 一 种 基 于 多 场 景 的 三 维 注 册 技 术 ， 不 仅 可 以 完 成 无 标 识 情 况 下 的 场 景 三维 注 册 ， 并 且 解 决 了 大 场 景 的 跟 踪 和 手 机 内 存 受 限 的 问 题 。2) 实 现 了 基 于 分 类 簇 的 快 速 关 键 帧 识 别 算 法 ， 能 够 快 速 、 准 确 的 识 别 出 目 标 场景 ， 保 障 系 统 的 场 景 切 换 和 实 时 运 行 。3) 在 手 机 上 搭 建 了 通 用 的 增 强 现 实 系 统 和 三 维 渲 染 平 台 ， 为 实 时 的 虚 实 融 合 提供 了 保 障 。关键词：增强现实 三 维 注 册 多 场 景 图 像 识 别 OpenGL ESI华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文AbstractAugmented Reality (Augmented Reality referred to as AR) technology is a hot topicin recent research at home and abroad, is the reality of seamless integration with thevirtual scene, the scene after fusion in which the user is difficult to distinguish betweenvirtual and reality, and ultimately enhance the user of the real scene user experience. Withcomputer technology, and smart phones, PDA, tablet PCs and other intelligent terminaldevice development, it is increasingly dependent on these portable devices and mobileplatforms Smart Augmented Reality applications will be more and more rich. 3Dregistration (also called the actual situation registration) has been enhanced is the coretechnology. With the rapid development in recent years, augmented reality, mobileplatforms and the reality on the registration application of augmented reality has become aresearch hotspot.In this paper, most of the mobile augmented reality system on a single scene, anddependent on the marked block of the present situation of a faster, more robust and doesnot rely on said block of augmented reality system. The system greatly expands the scopeof application of augmented reality technology, while addressing the cell phone becausethe memory is small, the weak can not achieve real-time computing power to run theproblems and improve the accuracy of 3D registration and robustness.Implications of these issues, on the phone to achieve some of the traditionalalgorithms, and proposed some new algorithms and solutions, the main contents include:1) We proposed a 3D scene based on multi-up technology, not only to complete thecase without marking up the scene of 3D, and solved a big scene in the scene andII华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文the tracking problem of mobile phone memory is limited.2) We proposed the classification of clusters based on key frames fast recognitionalgorithm that can quickly and accurately identify the target scene, and supportthe scene changing and system real-time operation.3) We build a common real-time AR systems and 3D rendering platform on mobilefor the integration of real-time and the reality provided a guarantee.Keyword: Augmented Reality 3D registration Multi-scenes Image recognitionOpenGL ESIII独创性声明本 人 声 明 所 呈 交 的 学 位 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指导下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研究 成 果 。 尽 我 所 知 ， 除 文 中 已 经 标 明 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含 任 何 其 他 个 人 或集 体 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 。 对 本 文 的 研 究 做 出 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在文 中 以 明 确 方 式 标 明 。 本 人 完 全 意 识 到 本 声 明 的 法 律 结 果 由 本 人 承 担 。学 位 论 文 作 者 签 名 ：日 期 ： 年 月 日学位论文版权使用授权书本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 学 校 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 即 ： 学 校 有 权 保留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 。本 人 授 权 华 中 科 技 大 学 可 以 将 本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检索 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 。保 密 ， 在 年 解 密 后 适 用 本 授 权 书 。本 论 文 属 于不 保 密 。（ 请 在 以 上 方 框 内 打 “ ” ）学 位 论 文 作 者 签 名 ： 指 导 教 师 签 名 ：日 期 ： 年 月 日 日 期 ： 年 月 日华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文1 绪 论1.1 课 题 研 究 目 的 和 意 义本 文 主 要 研 究 的 工 作 是 围 绕 在 手 机 平 台 下 （ 低 内 存 、 低 处 理 速 度 ） 实 时 的 识 别出 场 景 并 实 时 跟 踪 和 三 维 重 建 ， 实 现 大 场 景 、 多 场 景 的 虚 实 配 准 。论 文 的 目 的 是 以 机 器 视 觉 、 计 算 机 视 图 几 何 、 非 线 性 优 化 等 多 个 理 论 为 基 础 ，通 过 服 务 器 端 和 手 机 终 端 的 联 动 、 图 像 处 理 、 自 定 标 及 三 维 重 建 等 技 术 为 手 段 ， 实现 在 手 机 端 实 时 多 场 景 、 大 场 景 的 三 维 注 册 和 三 维 重 建 。 解 决 目 前 移 动 终 端 上 的 增强 现 实 无 法 实 时 三 维 重 建 、 实 时 跟 踪 、 只 能 匹 配 单 一 场 景 或 依 赖 标 识 等 相 关 问 题 ，使 增 强 现 实 的 可 用 性 和 便 携 性 大 大 增 加 。1.2 增 强 现 实 相 关 背 景增 强 现 实 （ Augmented Reality 简 称 AR） 12技 术 是 近 来 国 内 外 研 究 的 一个 热 点 ， 有 着 广 泛 的 应 用 前 景 。 AR 技 术 是 将 现 实 环 境 与 虚 拟 场 景 无 缝 融 合 ，最 终 增 强 用 户 对 真 实 场 景 的 体 验 。 随 着 计 算 机 技 术 ， 及 其 智 能 终 端 设 备 的 发 展 ，增 强 现 实 技 术 应 用 前 景 越 来 越 广 泛 ， 是 近