邱雅慧

摘要：隨著計算機技術的迅速進步，增強現(xiàn)實其虛實結合的特點和無與倫比的巨大優(yōu)勢，逐漸成為相關領域的研究重點。文章首先介紹了增強現(xiàn)實技術的概念與基本特點，然后對媒體融合的增強現(xiàn)實技術進行研究，并主要探討了相機跟蹤注冊、視頻目標的追蹤和可見性計算以及虛實環(huán)境融合媒體融合等增強現(xiàn)實技術的主要技術基礎。最對增強現(xiàn)實技術未來發(fā)展與應用進行了展望。

關鍵詞：數(shù)字媒體 增強現(xiàn)實技術 媒體融合

中圖分類號：TP37

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2015）10-0084-02

增強現(xiàn)實是以虛擬現(xiàn)實技術為基礎發(fā)展形成的重要分支，增強現(xiàn)實可以通過將計算機產(chǎn)生的文本、圖像甚至視頻或場景實時嵌入到用戶所處的真實世界，從而建立虛擬與真實之間的聯(lián)系，實現(xiàn)增強現(xiàn)實世界信息的目的，提高用戶的感知能力。虛擬現(xiàn)實技術產(chǎn)生于上世紀六、七十年代，并對擴展人類認識世界，提高適應世界的能力起到了重要作用，特別是在仿真訓練、工業(yè)設計以及交互體驗等領域得到了廣泛應用。但由于虛擬技術建模工作量大以及現(xiàn)實世界匹配程度等問題一直得不到有效解決，因此刺激出現(xiàn)了多種虛擬現(xiàn)實增強技術，其中將虛擬對象嵌入到真實世界的增強現(xiàn)實技術有效降低了建模工作量，促進了虛擬現(xiàn)實技術的進一步發(fā)展。

1增強現(xiàn)實的特點

增強現(xiàn)實技術是連接現(xiàn)實與虛擬的媒介，作為現(xiàn)實世界的有效延伸，也體現(xiàn)出對虛擬世界的必要補充，因此增強現(xiàn)實具有虛實結合、實時交互和三維注冊的特點。

1.1虛實結合

由于增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實具有本質(zhì)區(qū)別，增強現(xiàn)實的出發(fā)點并不是要完全取代現(xiàn)實環(huán)境，同時還體現(xiàn)出對現(xiàn)實世界的突出依賴，可以說增強現(xiàn)實的目的就是為現(xiàn)實服務的。其主要特征是將虛擬信息與真實世界相互融合并疊加成一個畫面，同時展示出真實世界與虛擬世界的雙重信息，實現(xiàn)這兩種信息的補充、疊加，從而體現(xiàn)出虛實結合的特點。

1.2實時交互

實時交互是指用戶可以依靠對現(xiàn)實世界的信息的獲取，從而實時得到反饋信息。因為增強現(xiàn)實需要通過對現(xiàn)實事物的迅速識別，然后在設備中合成，才能將混合信息準確傳達給用戶，從而實現(xiàn)了虛擬與真實信息的同步傳播。

1.3三維注冊

增強現(xiàn)實技術的實現(xiàn)依賴于攝像機姿態(tài)的實時跟蹤，并得到攝像機影像位置及角度的實時信息。在上述基礎上才可以實現(xiàn)虛擬圖像在真實場景中的位置注冊，并最終實現(xiàn)虛擬和真實世界的自然的融合。因此增強現(xiàn)進行識別的前提是三維注冊，如果不經(jīng)過三維注冊是絕對不能實現(xiàn)增強的。

2媒體融合增強現(xiàn)實技術的技術基礎

2.1相機跟蹤注冊技術

虛擬技術通過人機交互，可以帶給用戶身臨其境的真實體驗，但是這一切都需要大量而精細的建模渲染計算。媒體融合增強現(xiàn)實技術中攝像機所采集圖像真是生活場景的真實反映，可以大幅減少建模與渲染工作量，從而提供了一種輕量級的增強技術，但是也給拍攝中的相機跟蹤注冊提出了新的要求。相機跟蹤注冊的內(nèi)涵是指將相機觀測的二維圖像與虛擬的三維場景之間建立空間投影關系，這就需要對相機的位置與姿態(tài)實時進行參數(shù)估計。由于傳統(tǒng)的特殊標識相機跟蹤方式需要依靠場景中的標識物，因此限制了該技術的應用范圍。所以相關學者經(jīng)過研究提出了基于自然特征的注冊技術，以有效突破相機跟蹤中標示物的限制和約束，該技術自產(chǎn)生以來就被迅速應用于增強現(xiàn)實領域。

在視覺跟蹤技術運用幀一模型的匹配方法要比幀一幀匹配方法更具可信性，尤其是適應連續(xù)幀重建問題。然而存在主要問題是由于計算量大容易造成實時性不佳的問題。在大場景定位方面，基于微軟的Kinect深度相機的有效深度一般可以控制在10 m以內(nèi)，如果是基于可見光的雙目立體相機在科學調(diào)整基線長度的情況下，則能夠獲得更遠的深度估計。所以因此將微軟Kinect深度相機、立體相機以及慣性導航單元等傳感器有機結合在一起，是提高三維注冊技術精度的有效解決辦法，基于這一方式可以實現(xiàn)高精度的增強現(xiàn)實技術。

2.2視頻目標的跟蹤與可見性計算

視頻目標的跟蹤是實現(xiàn)媒體融合增強現(xiàn)實技術的關鍵。其中關于動態(tài)目標的跟蹤以及可見性計算則是實現(xiàn)虛擬與真實融合的主要關鍵，而虛擬角色的可見性計算不僅是一項難度極高的任務，同時要考慮到視頻分層的實時處理，因此在計算方法的選擇上也有極高的要求。從目前的研究成果來看，通用的方法是將動態(tài)目標跟蹤與可見性計算兩個主要問題進行同步處理，一攬子解決問題，也就是通過視頻分割來提高算法的效率。但是基于目前普遍采用的二元分層方式，在遇到多個前景目標的情況下，前景分割將和目標跟蹤不僅會變得極為復雜，同時判定和計算的速度與精度也難以保證。因此在此次研究中提出了一種將虛擬角色實時融入真實視頻場景的算法。該算法的基本思慮是首先對虛擬人群進行約束式行為建模，然后通過背景剔除與局部約束分割并行的方式，對動態(tài)目標進行實時的多目標跟蹤與分割，最后利用自適應卡爾曼濾波方法，做出目標的穩(wěn)定運動的準確估計，并收到了良好效果。

2.3視頻融合

視頻融合是實現(xiàn)媒體融合增強現(xiàn)實技術下虛擬環(huán)境真實顯示的關鍵性步驟，但目前使用的圖形繪制方法主要是在融合靜態(tài)三維模型情況下的真實感渲染。例如Debevec曾經(jīng)提出利用手工方式進行三維拓撲以及圖像內(nèi)容的映射，以達到非相機視點的效果，但鑒于在當時的情況下并未實現(xiàn)三維空間標定關系的真實體現(xiàn)，這種方式下紋理坐標與三角形頂點關聯(lián)，必須在渲染之前進行指定。與之相對的是AVE系統(tǒng)下由模型到圖像的方法。這種方法下，視頻投影并不需要依靠相機所在的位置以及相機圖像以外的更多信息，即對模型上諸頂點的坐標進行實時計算獲取，因此這種方式的好處是隨著相機位置以及視頻內(nèi)容的變化，可以便捷地計算出圖像的映射關系。雖然該方法在圖像渲染與三維可視化領域得到廣泛應用，但是由于圖像只能在相機可見的區(qū)域映射，所以需要對圖像投影過程中的所有可見性信息進行獲取。此外在AVE系統(tǒng)中，由于某個區(qū)域會被多個相機同時可見，因此就不可避免地產(chǎn)生了紋理重疊的問題，這種情況下可以通過對虛擬空間進行區(qū)域劃分，將每個相機對與相應的區(qū)域進行對應，就可以有效避免這一問題。

3媒體融合增強現(xiàn)實技術的未來發(fā)展與面臨的問題

3.1媒體融合增強現(xiàn)實技術的未來發(fā)展

不久的將來.隨著高清晰數(shù)字攝像設備大大普及，視頻信息的獲取將變得更為容易，人們可以更加簡捷輕松地使用DV、攝像頭和手機等獲得數(shù)字視頻。與此同時，隨著數(shù)字媒體的不斷發(fā)展以及媒體融合的不斷深入，未來數(shù)字特效應用的需求將迅速增加，這也將進一步促進動畫與視頻交互處理技術的迅速普及。上述兩方面的發(fā)展，也必將進一步促進媒體融合增強現(xiàn)實技術的發(fā)展與普及。以電影領域為例，隨著數(shù)字技術的迅速進步，以實時視頻融合技術為基礎的“沉浸式電影”在不久的將來就可能成為現(xiàn)實，而這種呈現(xiàn)出電影觀眾與電影本身完美互動的電影形式將促進電影藝術樣式的本質(zhì)變革。再如，媒體融合增強現(xiàn)實技術的發(fā)展使得電視直播中的角色替代成為可能。在目前的技術條件下，當電視直播中出現(xiàn)故障時，只能采用暫停的方式予以補救。而依靠媒體融合增強現(xiàn)實技術，就能夠?qū)⒅付繕颂娲M行替換，從而保證直播的順利進行。

3.2媒體融合增強現(xiàn)實技術面臨的問題

媒體融合增強現(xiàn)實技術的出現(xiàn)，為傳統(tǒng)媒體利用新媒體技術，進一步創(chuàng)新傳播模式，實現(xiàn)媒體融合提供了重要途徑。但目前媒體融合增強現(xiàn)實技術在國內(nèi)傳統(tǒng)媒體領域的應用并不理想，其原因主要有以下兩個方面：首先是媒體融合增強現(xiàn)實技術的應用需要持續(xù)的技術和資金投入，這勢必會增加生產(chǎn)成本。有關人士指出，媒體融合增強現(xiàn)實技術的實現(xiàn)，不僅需要專門的業(yè)務團隊，同時還需要持續(xù)穩(wěn)定的資金投入以及購置高質(zhì)量的設備，所有這些因素都會影響傳統(tǒng)媒體對技術革新的熱情。其次是在市場經(jīng)濟條件下，要進行技術創(chuàng)新，就必須要考慮經(jīng)濟效益問題。如何借助媒體融合增強現(xiàn)實技術創(chuàng)新盈利模式需要進一步探索。例如電視節(jié)目采用媒體融合增強現(xiàn)實技術，在增加現(xiàn)場感和互動感方面不是傳統(tǒng)的編播技術所能比擬的，這對于提高收視率、贏得穩(wěn)定的觀眾群體極為重要。

4結語

鑒于數(shù)字媒體在將來社會經(jīng)濟生活中的廣泛應用，提高數(shù)字影像技術水平十分重要。可以明確的是，在將來的影視藝術領域，將產(chǎn)生更多的真實拍攝視頻與特定數(shù)字場景高效融合的現(xiàn)實需求，這顯然也是視頻受眾增強娛樂體驗的必然要求，因此基于實時視頻融合的增強現(xiàn)實技術將得到日益廣泛的應用。因此，此項技術業(yè)已成為計算機視覺領域的重要研究課題，可以預見早不久的將來，增強現(xiàn)實就會成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾獌?nèi)容，并從本質(zhì)和形式兩方面給人們的日常生活帶來深刻的變革。