[实用新型]基于三维电子罗盘的智能手机增强现实系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于三维电子罗盘的智能手机增强现实系统。

背景技术

增强现实(AR，Augmented Reality)，通常也称作扩充现实、增强视觉或增强现实视觉，是近年来国际上在虚拟现实研究的基础上发展出来的一个新的研究方向，也是虚拟现实研究领域的一个难点热点问题。增强现实技术就是将计算机生成的虚拟图像或其他信息有机地、实时地、动态地叠加(或融合)在观察者所看到的现实环境当中，并且这些虚拟信息与用户周围的现实环境融为一体，使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实环境的有机组成部分，当用户在真实场景中移动时，虚拟物体也随之发生变化，就好像这些虚拟物体是真的存在于真实场景中一样。这种增强信息可以是在真实环境中与真实物体共存的虚拟物体，也可以是关于存在的真实物体的非几何信息。从目前国内外发展的现状来看，增强现实系统仍然处于实验室阶段，目前已开发成功的跟踪注册技术一般需要在环境可控的条件下才可以取得精确的结果。相对于室内增强现实系统的发展，室外增强现实系统的发展相对滞后。

要将虚拟图像准确地叠加在客观世界的场景上，就必须精确、实时地确定用户的位置和视线方向。对于室外增强现实系统，目前国际上通常采用的跟踪定位方法主要分三类：基于计算机视觉的注册定位、基于跟踪设备的注册定位、基于视觉和跟踪设备的混合注册定位。基于计算机视觉的三维注册方法以计算机视觉理论为基础，对CCD摄像机拍摄到的现实环境图像进行处理与识别，获取跟踪信息，其特点是设备简单、成本低廉，目前对基于计算机视觉的注册技术的研究在AR领域处于主导地位。但是对于大范围未知的户外环境，采用计算机视觉的注册方式并不合适。基于跟踪设备的注册方式，其定位跟踪设备包括全球卫星定位系统(GPS)、惯性导航系统(INS)、三维电子罗盘、加速度计、倾角计等等。由于每一种追踪技术各有长短，对于户外AR系统而言，目前还没有任何一种跟踪技术的性能可以完全满足其苛刻的要求。因此，Welch(2002)和Azuma(1998)等人提出了解决这一问题的最终方法是采用混合(hybrid)跟踪技术，即通过融合多种追踪技术，取长补短，来得到较为精确、可靠的跟踪结果，但与此同时也增加了系统的复杂性、运算量和成本。目前，基于穿戴式计算机或便携式计算机的户外增强现实系统主要存在以下问题：

1、设备笨重，用户负重大，携带不方便；

2、系统由于受到携带电源的限制，系统持续时间短；

3、成套设备成本高。

基于移动终端的增强现实系统虽然可以实现户外增强现实系统的小型化、便携式，但由于受到硬件条件的限制难以采用混合跟踪技术，目前主要存在以下问题：

1、智能手机或PDA虽然具有内置的GPS可以进行定位，但是由于没有集成三维电子罗盘，无法确定视线的方向，因此就无法建立智能手机增强现实系统；

2、有些手机集成了电子罗盘的芯片，但这些手机一般不是智能手机，难以再进行软件开发实现增强现实功能，另外这些手机集成的一般都是二维电子罗盘，只能提供了方位角，无法满足增强现实的要求。

随着我国3G网络的逐步开通和移动通信事业的飞速发展，人们对地理空间信息的4A(Anytime，Anywhere，Anybody，Anything)服务的需求日益显现，移动终端与空间信息服务的结合，出现了空间定位信息服务(LBS)，从而提供用户需要的与位置相关的信息服务。增强现实技术和LBS相结合可以实现信息的实时、交互、动态、三维显示，例如可以智能手机实时查看地下管网、可以将文字注释信息实时叠加在建物上等等。我国庞大的手机用户群中使用智能手机的用户也在逐年增加，这些高端用户中有些对于位置信息要求不一定很准确，米级或亚米级的精度就可以满足要求，因此采用基于智能手机的增强现实系统就具有很大的应用潜力。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决基于三维电子罗盘的智能手机增强现实系统的实现问题，提供一种集成了微型三维电子罗盘、GPS、CCD摄像机，成本低廉、携带方便、电源使用时间长等优点的智能手机增强现实系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于三维电子罗盘的智能手机增强现实系统，它包括智能手机，智能手机设有GPS模块和CCD摄像机，所述智能手机通过串口与三维电子罗盘连接。

本实用新型在内置GPS的智能手机上，利用三维电子罗盘的软硬件接口，使之可以作为主机接受来自电子罗盘的数据，并通过自行开发的虚拟图像和视频图像进行实时叠加的软件，实现增强现实功能。