5、项目实施情况原始记录

1、项目：201310513008大学生创新创业训练计划项目结题验收项目日志项目类别国家级 （ ） 校级（ ） 项目类别创新项目（ ） 创业项目（）项目201310513008项目名称增强现实的制作及其应用研究立项年份2013 年项目才项目参与人刘 升、向、程 通、陈 猛、所在学院计算机科学与技术学院教务处项目组活动表一时间2013 年 12 月 20 日地点HCI员才增强现实技术研讨参会才、向、内容增强现实（Augmented Reality，简称 AR）作为虚拟现实（Virtual Reality，简称 VR）的一种发展，所以无论是在技术的实现层面还是在现实的体现层面上，二者可以说是有着千丝万

2、缕的关系。首先，两种技术都是运用的底层的三维图形图像绘制技术以及虚拟场景的构建技术；其次，二者的最终目的都包含了虚拟场景的构建，都试图用计算机的二进制世界来构建了一个尽量真实的物体以及场景给用户带来各方面的感知。然而，这种虚拟场景的构建不同于虚拟现实的将使用者与现实世界拟的场景或者物体，从而达到虚实结合的效果。为了达到这种效果，于是增强现实便诞生了两个最基本 ，那便是：在真实的场景世界下， 要将虚拟物体放置在什么位置上？ 又将在恰当的位置用怎么样的形式来放置 所需要的虚拟场景或物体呢？：在这里 的第一个问题是，要找到虚拟物体所要出现在真实的场景里的恰当位置。而这个问题的实质上则应该是，样让计算

3、机找到虚拟物体所要出现在真实的场景里的恰当位置。所以，稍加思考 便可以得知，该问题实质上是传统的计算机的识别问题：要让计算机在真实的场景里识别出 所期待的虚拟物体所要生成到的区域。因此在这一点上， 通常选择用计算机较易识别的区域或者含有某标志的区域来当做 所要绘制虚拟物体的区域，从而解决第一个问题。第二个问题则是绘制虚拟场景 ，这个问题在实现上与虚拟现实的场景实现上有一定的部分，但是也有它针对。比如 AR 的中虚实物体交互所需要的基本方自身特点而产生式：视觉交互与物理交互。而视觉交互则包括了虚实物体之间的阴影、遮挡、各类反射、折射和颜色渗透等问题。才：物理交互上也包含了虚实物体之间的运动学上的

4、约束、碰撞检测和外力影响产生的物理结构等问题。这些因为虚实交互而产生的问题都是增强现实自身特点而产生的。而且从这些问题上来看，交互本应该是双向的，但由于目前技术上的原因，研究基本上被限制在真实物体对虚拟物体的单向交互方面。：基于前面对于增强现实的介绍，其实现的思路是多样的可以利用 OpenCV（识别所产生模型的区域）+OpenGL(在合适的位置上产生虚拟场景)的组合。而在这里主要用的是一款基于C 语音的增强现实系统的二次开发包ARToolKit。ARToolKit 能在 SGI IRIX，PC Linux，Mac OS X 以及 PC Windows (95/98/NT/2000/XP)等不同

5、操作系统上运行。ARToolKit 的函数库里已经封装了大量关于头处理相关、图形图像识别、基于 OpenGL 的图形处理等函数（需要适当地配合 OpenGL 的使用）。所以使用 ARToolKit 在一定程度上可以方便、快捷、精确地做出一定的识别并做出相应操作，而把精力地投入到关于逻辑变化方面的运算过程中。项目组活动表二时间2014 年 4 月 20 日地点HCI员向的制作参会才、向、内容向：设计思路增强现实(AR)是将计算机生成的虚拟信息叠加在真实场景上，并借助感知和显示设备，将虚实信息融为一体，最终项目组活动表三时间2014 年 5 月 10 日地点HCI员向杯决赛准备参会才、向、内容1、

6、强调创业目的呈现给观察者一个感观效果真实的新环境。：本作品利用增强现实技术实现一种新型的 AR ，形式上和传统的书一样印刷文字和 ，通过电脑或 头拍摄标识的时候，通过增强现实的图像识别，能够在显示器或者投影仪等设备上显示生动的虚拟三维景象。才：这种的，特别是对提高儿童学习的堂教学，方便地实现各种演示并且可以把虚拟对象和实际环境融为一体，大大提高教学效率。：增强现实 AR正是将现有纸质与增强现实技术进行有效结合。既能保持纸质书籍的优点，又能让读者看到世界。使用 AR教学，能够解决现在老师上课的诸多不便，不受时间和地点的限制，使得一些场景再现、还原，一些以前无法在课堂上看到的东西出现在课堂上。该设

7、备能很好的沟通学习者的生活背景与学习内容，从而降低了学习者通过易，课堂变得更加生动有趣，使学习者的学习迁移能力不再成为制约学习效果和效率的瓶颈，学习效率得到空前的提高。从 造纸到现在已经有 1900 多年，千年的历史，这两项 发明迅速传遍世界，对全世界的文化发展起着极其深远的影响。数百年来阅读纸质书籍已经成为人类获取信息的主要方式。纸质书籍,尤其是各类 ,其承载的信息都经过他人精心的加工、筛选和整理，它们成为了许多人生活和学习中必不可少的一部分。然而不可忽视的是，随着作者版税、运营费等人工成本一直在上升，书价不断上涨，再加上在 网络迅猛发展，纸质书籍受到了相当大的冲击，越来越多的人转向网上阅读

8、。 不可否认的是传统纸质书籍实用方便的特点也使其有着不可替代的位置， 不希望在 的将来 只能在博物馆才能看到2、强调数字化然而许多计算机行业的学者都在努力实现纸质书籍的数字化，将传统书籍与计算机联系在一起。例如，许多学校根据所学的内容都配套有相应的网络多资源，学生可以在学习书本上内容的同时，根据内容。但这种方式却有许多的局限性，所收到的效果也不尽如人意。于是 创意小组想出利用增强现实技术，制作 AR 。一方面本作品能帮助现在的 印刷公司走出当前另一方面也可能将改变 目前的学习方式，大大提高阅读 。试想 在阅读纸质书籍的同时又可以看到类似 3D 中的场景，真正走入书中描述的世界，这会带来怎样的视

9、觉冲击！3、强调经济效益的增强现实 AR 的制作主要分为硬件和 两件方面的程序设计由 自己编写，可以省下很多的技术投资费。在硬件方面， 要将相应的程序安装包写进光盘，附在书籍的背面，一同出售。 的 AR 籍在印制上跟传统书籍没 不同，只需增加一些可供识别的标识。因此成本费只有基本的书本费和空光盘的购入费用。通过市场 得知，一本普通 的价格在 1015 元，一张中高档空光盘的价格在三元左右，这样算来成本费不到 20 元。项目组活动表四时间2014 年 10 月 11 日地点HCI员刘升端增强现实工具参会刘 升、陈 望、程通、向内容Vuforia。Vuforia 是m Connected Expe

10、rien,4、回报评估以 学校所在地黄石市为例，目前全市有各级各类学校（幼儿园）900 多所，全市有在校生约 55 万人（中小学生约四十万人），全市有教职工将近 3 万人，预计初期能售出产品 3 千套左右，将获得 2 万元左右的利润。而 产品是不需要长期投入，系统不需重新开发，只需部分修改和升级的费用，这样长期下来成本会进一步降低，收益就会进一步增加。综合前面使用者使用该类产品后感受的该产品在校园将很容易获得较大推广，消费者数量将迅速增加。而且世界上 最多的国家，学生人数多达 3 个多亿（其小学生 2 亿左右），每个学生平均每年要使本 20 册左右，这样算来利润将会相当可观。5、市场风险分析在

11、科技迅速发展的时代，任何产品都无法保证不会受到新的产品冲击甚至被取代，因此如果纸质书籍的地位再次受到冲击，就不得不去寻找另一个更好的媒介将远。项目组活动表五时间2015 年 3 月 10 日地点HCI员刘升APP 技术实现Inc.的产品。它是增强现实开发工具包，是m 推出的针对移动设备扩增实境应用的时识别和捕捉平面图像或三维物体（例如盒子），然后允许开发者通过照相机取景器放置虚拟物体并调整物体在镜头前实体背景上的位置。端开发使用 Android SDK/NDK，代码编写和调试环境为 Unity。 Unity7是由 Unity Technologies 公司开发的跨专业,它打造了个完美的,用户可

12、以通过它轻松实现各种创意和三维互动开发,创作出的 2D 和 3D内容,然后一键部署到各种上.Unity 是一款国际领先的专业引擎,Unity 编辑器可以运行在 Windows 和 Mac OSX上。其最主要的特点是:一次开发就可以部署到目前所有主流的,包括 Windows、Linux、Mac OSX、Android、 Xbox 360、PS3、WiiU 和 Web 等.用户无须二次开发和移植,就可以将产晶轻松部署到相应的 ,节省了大量的时间和精力。在移动互联网大行其道的今天,Unity 正吸引着越来越多人的关注。在用 Unity 开发过程中,script( 是必不可少的组成部分。在nity 中

13、, 是种特殊的组件,用于添加到 对象上以实现各种交互操作及其他功能。Unity 支持三种语言来编写 , 分别是 Javascript、C#及 Boo。3 种语言各有特色,本设计使用 C#编写各种脚本。参会刘 升、陈 望、程通、向内容1、识别模块本设计识别、模块功能包括对需要识别的图像的管理、图像识别数据库的嵌入和真实场景中特定目标的识别三个部分。本设计采用Vuforia SDK，VuforiaTrackable 基类，用来识别在三 中 Vuforia SDK 能监测 到的现实世界中的对象。 Trackable 类定义了 的基本属性,如名称、类型、ID 和用户定义的数据等。类型有 PREDEFI

14、NED（预先定义的）、USER_DEFINED（用户定义的）、CLOUD_RECO（云端的）三种，本设计用的是 PREDEFINED类型。Trackab ehaviour 类，Trackab ehaviour.S us 成员变量表示识别状态，Trackab ehaviour.PreviousScale2、手势判定和三维模型控制本地识别，对标识配结果；云识别，通过网络发送获取的现实场景的一帧到高通服务器，通过在云端在视觉搜索和匹配。云端计算匹配完成，通过网络返回匹配结果，若识别成功标识对应的元数据也被返回到程序中。 本设计实际应用是在、平板等移动设备，触摸屏取代鼠标键盘的功能，因此本设计对模型的

15、控制直接通过手势来控制，手指在触摸屏上滑动控制模型缩放和旋转。首先获取触摸点的数量(即触摸屏幕手指的个数)，然后根据触摸的数量Input.touchCount 执行操作：如果Input.touchCount=1，代表旋转；获取鼠标x 轴和 y 轴增量 x 和y（范围在-11 之间）如下图鼠标增量与模型旋转方应表比较x 轴和y 轴增量绝对值大小判断增量大小模型旋转方向|x|y|x0向上旋转x0向下旋转|x|0向左旋转y1，代表缩放；获取两个触摸点原始坐标，计算得到两坐标点距离 leng1;获取变化后的两个触摸点新坐标，计算两坐标点距离 leng2；比较 leng1 和 leng2 大小如下图 坐标点距离与模型放缩对应表手势判断成功后，对模型大小和方向进行相应变化。模型的放大缩小、旋转有两种方式：方式一：调整机的位置和方向，设置 C