[发明专利]一种共享增强现实场景的真实物体多方位表示方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算几何学、图像处理和增强现实领域，特别涉及共享增强现实场景的多方位视频序列中真实物体的表示方法。

背景技术

在协同式增强现实中，不同的协同工作用户进入增强现实场景中，经常在各自的感知和交互区域中具有不同的视点和不同的交互，为了使这些用户能够共同完成预定的防作任务，需要建立一个共享增强现实场景，从而需要协同式增强现实系统能够描绘多个方位的、不断变化的真实环境，建立基于多视频序列的场景三维空间模型。其中，对场景中真实物体进行多方位表示是迫切需要解决的问题，具体包括合理有效地设置多个视频序列以覆盖共享场景，传递统一各视频序列观察到的信息以及对场景中真实物体进行多方位表示。

为了表现真实环境信息，德国克莱斯勒技术研究部门的Regenbrecht不但为每个用户配置头盔显示器，而且设置摄像机获得真实环境的整体信息，可以支持4个以上方位的用户观察同一个共享增强现实场景、与场景中的虚拟物体进行交互、进行各种协同工作，并且使用真实光源模拟出虚拟光照效果。该系统虽然获得了多个方位的视频信息，但并没有对这些信息进行协同处理，也没有考虑视频序列设置的合理性。

针对多个视频序列设置问题，Klee提出了著名的画廊问题：给定一个画廊，需要多少台摄像机，应该将它们放置在什么位置，能够确保所有摄像机观察区域的总和最大。Chvatal首先指出，对于一个含有n个顶点的多边形，该多边形中所有的点总可以被[n/3]个摄像机观察到。Fisk证明了该理论，其首先将多边形分解为多个三角形，然后采用三染色算法对所有的顶点着色，确保相邻的顶点有不同的颜色，染色最少次数的颜色对应的顶点位置就是摄像机的摆放点。

对于多视频序列的协同问题，瑞士洛桑联邦理工学院的Pilet等人提出了支持多个用户的协同式增强现实中多视频序列的注册信息互补的方法和光照信息获取的方法，如果从其中一个视频无法完整观察到标志物，可利用其他方位的注册信息来补充本方位注册信息，使得虚拟的物体被正确的注册到标志物上，但是该系统没有考虑互补过程中产生的误差对互补结果造成的影响。

奥地利格拉兹理工大学的Schall等人利用基准标志物，完成了大规模场景的拼接和建模。该方法将大规模场景分为几个部分，每两个相邻部分之间放置了一系列的基准标识物，利用该基准标识物可确定视频序列的空间位置关系。首先从编号为1的空间开始测量，当获得该空间内所有采集点的信息并存入计算机后，再对下一个空间进行测量，这样所有空间的采集点信息均可获得，并且由于不同空间交界区域的标志物被测量到2次，则经过坐标换算后，即可得到两个空间的位置关系，如此对整个空间测量完毕后，即可得到多个空间之间的位置关系，并可根据此关系建立出整个场景的三维模型，该项目的坐标变换算法值得借鉴。

美国佛罗里达大学的王锡勇等人基于颜色标记注册的激光3维扫描模型将真实物体融入虚拟的场景中。首先，使用一个3D扫描仪将真实物体用扫描线表示成一个虚拟模型，然后，除去产生的噪音，排列扫描线，最后将扫描线间的空白填充。为了实时跟踪真实物体，该系统使用了颜色标定物来获得真实物体的位置，由此计算出对应的虚拟模型在虚拟坐标下的位置，并进行绘制，该系统能够很好的使用户在虚拟场景中体验事件，但是该方法采用仪器比较昂贵，只限于极少用户。

通过分析国内外研究现状可以得出，虽然目前有不少组织或机构在研究协同式增强现实系统中真实物体的多方位表示，但还存在三个方面的问题：首先：目前大多数共享增强现实场景都很少考虑如何利用较少的摄像头来获得较大的观察范围，其都假定设置的视频序列已经能够充分获得所需要的真实环境信息，并没有对多视频序列的设置方法进行描述；其次，在设置多视频序列之后，现有机构较少对注册信息互补进行研究，即使有考虑该问题，也很少考虑误差对互补结果带来的影响，没有将误差分析反馈到互补计算中；最后，在面向协同工作任务的真实物体表示中，许多方法将整个环境进行建模，计算量大，并没有考虑到共享增强现实场景中信息共享的需要。由于每个协作用户具有不同的感知和交互区域，因此其所需的真实物体信息往往不同。

发明内容

本发明的目的在于利用较少的摄像头来获得较大的观察范围，减少误差对互补结果带来的影响，实现共享增强现实场景中信息共享。

为此，本发明公开了一种共享增强现实场景的真实物体多方位表示方法。所述真实物体多方位表示方法步骤如下：

步骤一、将共享增强现实场景抽象在一个平面上，形成为多边形结构，对该多边形结构进行分割，并根据分割结果计算能够覆盖观测共享增强现实场景中所有部分所需的最少数量的观测点；