基于全景成像的增强现实系统

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1 概述
    增强现实作为虚拟现实[1]的重要分支已应用于生活的诸多方面。在博物馆、文物古迹等真实场景变化不大且为了保护场景又不易或不便让观测对象进入的场合，可以将全景成像装置放置在场景中，摄取360°的环视景观，再利用增强现实技术将虚拟的文字和图片添加到摄取的视频中，从而为游客提供更加生动和丰富的信息。目前，对基于全景成像的虚拟现实系统的研究已经广泛展开，但迄今为止，国内外对基于全景成像的增强现实系统及其应用的研究还非常有限。将全景成像方式引入增强现实理论，建立完整的基于全景成像的增强现实系统是必要且具有创新性的。www.narkii.com
    本文根据这种需求，提出一种基于全景成像的增强现实系统。这种系统成本低廉、安装方便、使用灵活，且无需标志点。
    2 增强现实系统原理与流程
    整个系统可以想象为由真实环境和虚拟世界2个部分组成。真实环境里有4个~6个真实摄像机，它们均布在一个圆周上，圆的半径为r，所朝的方向是由圆心O与自身光心的连线方向。这些摄像机采集图像的焦距是图像到各自光心的距离，如果把这些摄像机的焦距调成相同的L，所有的图像到对应的摄像机的距离就是相同的，那么，将这些图像投影到以O为圆心、(r+L)为半径的圆所在的圆柱上，再将所有这些图像按照位置关系拼接融合，就能得到一幅分布在圆柱面上的全景图。
    在虚拟世界里，将得到的真实全景背景放在以O’为圆心、(r+L)为半径的圆柱面上。同时，有一个参数属性与真实摄像机一致的虚拟摄像机位于以O为圆心、半径为r的圆周上，摄像机的方向为圆心指向摄像机光心，它可以在圆周上以点O’为圆心在圆O’所在平面上旋转，其方向始终为O’指向摄像机光心(向外)。跟踪头部的朝向，并将方向数据实时地反馈给虚拟摄像机，实现跟踪观察者视线方向的目的。
    对于虚拟物体，将其放在虚拟摄像机到圆柱面之间的某处，通过虚拟摄像机看到虚拟物体时，在虚拟物体后方的圆柱面上的对应背景就会被虚拟物体遮挡住。由于这个系统一般放置在周围真实景物变化不大的场景中，因此根据多视几何相关知识，只要调整好虚拟物体的位置，使得在虚拟摄像机的像平面上，虚拟物体与真实背景相吻合，即可实现虚实的结合。

会飞的鱼

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