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移动增强现实技术在高校有机化学分子结构教学中的应用——芳香烃化学性质的翻转课堂教学设计与实施

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化学教育（中英文） 2022年第12期43卷 114-120页

作者：李楠彭晓霞叶文家北华航天工业学院计算机学院河北廊坊065000 廊坊师范学院化学与材料科学学院河北廊坊065000

针对高校有机化学翻转课堂教学,设计了采用移动增强现实等技术的有机化学辅助教学平台。该系统可与教材配套使用,包括供学生以AR模式观察化合物分子、浏览各类教学资源的移动客户端以及供教师编辑教材知识体系、上传模型和多媒体资源的P... 详细信息

针对高校有机化学翻转课堂教学,设计了采用移动增强现实等技术的有机化学辅助教学平台。该系统可与教材配套使用,包括供学生以AR模式观察化合物分子、浏览各类教学资源的移动客户端以及供教师编辑教材知识体系、上传模型和多媒体资源的PC客户端。将该系统应用于芳烃化学性质翻转课堂教学,从成绩对比、问卷调查和学生访谈等3方面研究了其教学效果。结果表明:该系统的使用对提升学生的学习兴趣具有一定的积极作用,在翻转课堂教学中取得较好的教学效果,为高校同类型课程的教学改革设计与实施提供了示范与参考。

关键词：移动增强现实翻转课堂有机化学移动学习

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移动增强现实辅助施工App开发研究

工程技术研究 2023年第11期8卷 1-3页

作者：侯筱婷黄一玠谷敬豪董晨嘉毛润钰曾兰婷西安建筑科技大学理学院陕西西安710055

文章以辅助建筑水电布线施工为切入点,基于Unity3D和Vuforia SDK开发了智能手机端AR辅助水电布线App,提出了一种保持外观特征的三维模型网格简化改进算法,以及实现虚拟水电模型和真实施工墙体之间虚实遮挡的方法。研究结果表明,App增强... 详细信息

文章以辅助建筑水电布线施工为切入点,基于Unity3D和Vuforia SDK开发了智能手机端AR辅助水电布线App,提出了一种保持外观特征的三维模型网格简化改进算法,以及实现虚拟水电模型和真实施工墙体之间虚实遮挡的方法。研究结果表明,App增强显示的实时性及虚实融合的真实感可以满足辅助实际施工的可靠性要求。同时,自然便捷的触屏交互也符合施工人员日常习惯,具备良好的应用和推广价值。

关键词：移动增强现实辅助施工网格简化虚实遮挡水电布线 Unity3D

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移动增强现实交互学习系统的研究与应用

移动增强现实交互学习系统的研究与应用

作者：李雪婷兰州交通大学

学位级别：硕士

增强现实（Augmented Reality,AR）技术是将虚拟环境与真实环境进行匹配合成,以达到对真实环境的增强,目前被越来越多的应用于教育领域。以移动端为核心的移动增强现实技术（Mobile augmented reality,MAR）除了具有增强现实虚实融合、... 详细信息

增强现实（Augmented Reality,AR）技术是将虚拟环境与真实环境进行匹配合成,以达到对真实环境的增强,目前被越来越多的应用于教育领域。以移动端为核心的移动增强现实技术（Mobile augmented reality,MAR）除了具有增强现实虚实融合、实时交互、三维注册等技术特性外,其特有的便携性也对扩展教学应用场景、实现教育多元化、促进教育均衡发展有着积极意义。移动增强现实技术可结合相关学习理论、技术以及不同的学习场景开发出更具创新性的教学产品。本文通过比较增强现实在国内外教育行业的应用现状确定主要研究内容。目前大部分移动增强现实应用主要面向基础教育,其关键技术（三维注册）主要分为两类,其中基于人工标识的方法存在易注册失败、应用受限等问题,而基于自然特征的方法则较好的克服了这些缺陷。综合上述分析,本文对以下内容进行了研究:（1）设计移动增强现实交互学习系统的基本框架,分析系统实现流程,研究实现系统的技术理论,如三维注册、虚实融合等关键技术;从功能和性能这两个方面对系统进行需求分析;依据上述研究与分析确定系统总体技术路线并对系统整体框架做进一步划分,设计系统功能模块。（2）针对基于自然特征的三维注册识别部分精度易受复杂纹理影响且未能很好的满足目前出现的以文字为目标的应用需求,提出了一种基于文字特征的识别注册方法。该方法主要在处理模板图像时通过对固定系数降采样与二幂次采样的结合来构建多尺度金字塔,实现尺度不变性;为了更好的获取文本图像文字特征点,用改进的快速视网膜特征算法（Fast retina keypoint,FREAK）对模板图像和视频帧图像的特征点进行提取和筛选,汉明距离进行匹配;最后根据特征点对信息计算摄像机位姿完成注册。实验结果表明,改进的FREAK算法能较准确地提取文字笔划角点,减弱纹理特征对精度的影响;在目标图像出现尺度角度变换和被遮挡情况时该方法仍可以完成识别注册,更适用于以文本图像为目标的移动增强现实交互学习系统。（3）实现了可使用于智能移动端的增强现实交互学习系统。系统主要面向高校教育,完成的交互学习、全景漫游、视频讲解等功能模块为用户构建了实时的三维交互环境,解决了传统教学中正式学习环境与非正式学习环境彼此分离的问题,拓展了学习内容。

关键词：移动增强现实交互学习系统文字特征识别注册增强虚拟环境

移动增强现实技术在水稻农机虚拟仿真中的应用

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移动增强现实技术在水稻农机虚拟仿真中的应用

作者：袁志浩黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

本研究以水稻农机仿真为研究对象,通过三维建模手段,建立了虚拟农机具模型;采用移动增强现实技术（Mobile Augmented Reality,简称MAR）,设计了移动端农机作业仿真应用,实现了使用手机对水稻博物馆中的农机相关作业图像和三维农机模型进... 详细信息

本研究以水稻农机仿真为研究对象,通过三维建模手段,建立了虚拟农机具模型;采用移动增强现实技术（Mobile Augmented Reality,简称MAR）,设计了移动端农机作业仿真应用,实现了使用手机对水稻博物馆中的农机相关作业图像和三维农机模型进行AR观察与交互的功能。（1）通过对水稻农机进行作业过程分析,确定农机作业仿真环节;结合水稻博物馆中的展品布局,建立符合博物馆参观的MAR导览流程以及常用的MAR人机交互方式;依据上述研究与分析,确定水稻农机虚拟仿真系统的整体开发流程。（2）通过提取农机相关作业图像和三维农机模型中的自然特征点,建立用于AR识别的自然特征点数据库,实现农机作业图像与农机模型的AR识别;针对单一AR识别引擎在识别目标发生损坏时,识别率大幅降低的问题,本研究采用二维黑白标识码设计了一种MAR辅助识别方案。该方案通过自适应阈值处理、比特位提取等过程实现标识码的快速查找,最终通过手机相机标定以及三维空间坐标转换方法实现了基于黑白标识码的MAR辅助识别。（3）利用三维虚拟建模技术建立作业相关的虚拟农机具三维模型;结合Unity3D引擎建立稻田虚拟天空、房屋以及水面等周边虚拟环境,通过实时光照烘焙技术对稻田虚拟环境进行场景烘焙。通过虚拟场景优化技术对虚拟仿真环境进行优化处理,保证了仿真系统在移动端的运行流畅度,完成水稻农机作业虚拟仿真环境的搭建。（4）设计了水稻农机虚拟仿真APP系统。利用屏幕自适应技术实现APP操作界面设计;根据AR预处理方法并结合着色器透明展示技术完成农机AR观察模块设计;通过对农机作业过程进行理论分析,设计相关作业仿真算法,实现农机作业过程的精准仿真,解决了因季节时令等问题导致水稻农机作业过程难以观察的问题。

关键词：水稻农机移动增强现实虚拟农机仿真 Unity3D

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移动增强现实框架系统

计算机应用 2015年第A01期35卷 214-216,300页

作者：褚伟龙柯程远纪昌红李雅妹张庆丰暨南大学信息科学技术学院广州510632 珠海格力电器股份有限公司广东珠海519000 深信服科技有限公司广东深圳518000

在已有的移动增强现实(MAR)系统中存在开发困难,虚拟现实(AR)效果观察缺乏通用性的问题,提出了一种MAR系统的通用框架,该框架包括三个部分:为智能移动设备用户所使用的通用MAR观察器、为MAR应用提供网络服务的MAR服务器,以及为开发人员... 详细信息

在已有的移动增强现实(MAR)系统中存在开发困难,虚拟现实(AR)效果观察缺乏通用性的问题,提出了一种MAR系统的通用框架,该框架包括三个部分:为智能移动设备用户所使用的通用MAR观察器、为MAR应用提供网络服务的MAR服务器,以及为开发人员提供了MAR应用定制器。该框架结合高通的Vuforia SDK针对平面图像实现了MAR的应用定制和通用AR效果浏览。框架为开发人员提供了无代码开发功能,为移动用户提供了遍览一类AR应用的通用观察器。实验结果表明该MAR框架系统降低了MAR应用的开发门槛与时间费用,大大提高了开发效率。

关键词：移动增强现实框架系统高通增强现实库增强现实观察器

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移动增强现实中的跟踪注册技术研究与应用

移动增强现实中的跟踪注册技术研究与应用

作者：吴俊驰湖北工业大学

学位级别：硕士

图像跟踪注册技术是实现移动增强现实系统非常重要的基础技术,也是决定移动增强现实系统性能的关键。由于移动增强现实的跟踪注册在实际应用中存在系统延时、图像无法进行有效识别的问题,要研究一种适应于移动增强现实系统的算法成为学... 详细信息

图像跟踪注册技术是实现移动增强现实系统非常重要的基础技术,也是决定移动增强现实系统性能的关键。由于移动增强现实的跟踪注册在实际应用中存在系统延时、图像无法进行有效识别的问题,要研究一种适应于移动增强现实系统的算法成为学术研究中的重点和难点。本文主要研究工作如下:(1)针对图像无法有效识别的问题,提出了基于双边滤波算法的ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)特征点检测和描述方法。本文首先对比常见的滤波方法,通过分析选择非线性双边滤波进行图像预处理,具有保留边缘去除噪声的优点;然后采用ORB特征检测算法,该算法通过金字塔原理加强检测速度最快的FAST算法,使特征点具备尺度不变性,同时结合灰度质心法获得角点灰度与质心之间存在的偏移角度,使特征点具备方向;最后采用ORB特征描述算法,该算法将关键点作为圆心建立坐标系,使得BRIEF描述子坐标系可以随着图片的旋转而旋转,从而使特征点具备旋转不变性。结果表明,该算法在抑制背景噪声的同时,能较好提供边缘特征,有利于获取高质量具备尺度不变性和旋转不变性的特征点,从而使得图像更有效的识别。(2)针对移动增强现实应用实时性的问题,提出了一种鲁棒高效的ORB特征匹配与注册方法。首先,使用前述双边滤波预处理的特征点检测和描述获取特征描述子;然后,采用汉明距离对二进制描述子进行匹配,并通过快速排序法进行降序排序,从而降低鲁棒高效的PROSAC(Progressive Sample Consensus)算法排列时间,再交替从内点集和有序样本集选择样本点,减少迭代次数,快速剔除ORB算法误匹配对,达到提升特征匹配实时性的效果;最后,通过摄像机坐标变换进行位姿估计,实现虚实融合。实验表明,保留边缘特征信息和去除误匹配对后,匹配实时性得到提升。(3)实现基于移动增强现实的智慧教育系统。对跟踪注册模块进行系统框架搭建,并将改进后的算法应用于系统中。通过边界值分析法对复杂环境下目标图像跟踪注册进行测试,实验表明,采用改进算法后的图像在不同角度、不同尺寸或被遮挡时,均能有效的实时识别。

关键词：移动增强现实特征检测与描述特征匹配智慧教育系统

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移动增强现实关键技术研究

移动增强现实关键技术研究

作者：王佳顺南京邮电大学

学位级别：硕士

近年来,AR(Augmented Reality,增强现实)技术正受到人们越来越多的关注,人们逐渐意识到增强现实技术可能取代移动平台成为未来消费者最关注的产品。随着硬件技术的不断发展和移动设备的广泛普及,使增强现实的应用场景变得更加多样,而不... 详细信息

近年来,AR(Augmented Reality,增强现实)技术正受到人们越来越多的关注,人们逐渐意识到增强现实技术可能取代移动平台成为未来消费者最关注的产品。随着硬件技术的不断发展和移动设备的广泛普及,使增强现实的应用场景变得更加多样,而不仅仅局限在桌面应用上。因此移动增强现实将会是未来主流的发展趋势,解决增强现实在移动设备上存在的性能瓶颈和实时性问题已经成为当前的研究重点与难点。本文针对移动增强现实技术展开研究,重点研究了图像的特征匹配技术、目标物体的追踪技术和待注册信息的显示技术。提出了一种基于传感器的特征描述符RBRIEF(Rotational-aware Binary Robust Independent Elementary Features,旋转可识别的鲁棒二进制特征描述子)。由于传统的图像特征匹配算法对运算时间和硬件空间要求较高,在移动设备的性能局限下不能满足实时性要求,而且没有运用移动设备的硬件特性。因此RBRIEF描述符引入了移动设备的惯性传感器数据,使之具有旋转不变性。由于是二进制描述子,所以描述与匹配的耗时较短,所需内存也较少,适合移动设备使用。提出了一种改进的高效二阶最小化追踪方法ESM-SG-MB(Efficient Second-order Minimization-Small Grid-Motion Blur,基于高效二阶最小化的子网格运动模糊追踪方法)。由于传统的追踪方法并没有考虑到对模糊物体的追踪,而且对硬件性能的要求也比较高。对此,本文在算法中引入了运动模糊模型。并在追踪过程中,将模板图像进行网格划分,从中选择高梯度的子网格进行追踪,从而减少了计算量,提高了实时性。提出了一种改善前景图像显著性的亮度调制算法。由于实际环境的变化可能会使前景注册图像对比度下降,导致信息很难识别或者不可识别。所以在算法中需要对注册的图像信息进行显著性计算,并且通过离散的亮度级来调整虚拟信息亮度,以提高显著性。由于采用了图像的代表像素颜色进行计算,减少了计算量,满足实时性。

关键词：移动增强现实特征描述符高效二阶最小化追踪图像显著性

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移动增强现实中的建筑物智能检测与注册方法

移动增强现实中的建筑物智能检测与注册方法

作者：饶锦蒙武汉大学

学位级别：硕士

增强现实技术是一种能够将计算机模拟出的虚拟场景与现实世界相融合的技术,在数据可视化和人机交互等领域有着广阔的前景。随着移动计算设备和移动互联网的快速发展,移动增强现实技术逐渐受到学术界与工业界的关注,尤其在户外大尺度场... 详细信息

增强现实技术是一种能够将计算机模拟出的虚拟场景与现实世界相融合的技术,在数据可视化和人机交互等领域有着广阔的前景。随着移动计算设备和移动互联网的快速发展,移动增强现实技术逐渐受到学术界与工业界的关注,尤其在户外大尺度场景应用方面有着越来越多的研究,而针对建筑物的图像识别和虚实注册研究有着较高的实用价值,能够为城市导览、导航寻路等提供有益的途径。虚实注册是移动增强现实技术的核心。在户外场景中,早期单纯基于卫星定位和传感器的方法易受系统误差和定位精度影响而导致注册效果较差,而基于视觉标记点的方法在户外场景中难以普及。如今较多方法借助视觉自然特征提取实现户外场景中的目标识别和跟踪注册,而这类方法易受光照变化、动态遮挡等户外条件的影响,且需要针对特定目标构建图像特征匹配库,并通常在服务器端完成计算任务,因而在通用性、灵活性和实时性上往往受到一定限制。基于这些问题,本文首先设计了一种轻量级深度学习目标检测模型SqueezeNet SSD,结合深度迁移学习实现对建筑物的智能化通用检测,有效避免了传统图像特征匹配方法的局限,提高了通用性。此外,该轻量级模型面向移动端,能够充分利用移动计算资源,避免网络延迟和依赖,保障了实时性。之后,本文基于该模型设计了一种面向户外场景的移动增强现实混合注册方法,即通过方位关系判断实现建筑物信息匹配,通过核相关滤波算法实现对建筑物的多目标并行跟踪以及错误恢复机制,并基于视觉检测结果结合卫星定位和传感器实现屏幕坐标系和摄像机坐标系之间的转换关系等。对应用实例的开发和测试表明,本文设计的建筑物智能检测与注册方法能够实现较为精准的建筑物智能化检测,并得到视觉上较为准确的虚实融合效果,从而能够较好地实现户外场景下对建筑物的增强现实导览与交互效果。本文在保障和提高移动增强现实灵活性、通用性和实时性方面做出了有益的探索,为移动增强现实未来在户外场景中的广泛应用提供了新的思路和技术支持。

关键词：移动增强现实深度学习目标检测虚实注册户外增强现实

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移动增强现实技术在油田培训中的应用研究

移动增强现实技术在油田培训中的应用研究

作者：贾欣欣东北石油大学

学位级别：硕士

增强现实技术是利用计算机渲染生成虚拟场景,并将此虚拟场景与真实世界准确无误的融合在一起,最终利用视频显示设备将虚实融合之后的场景呈现给用户,从而大大提高了用户的视觉体验和认知感。因此增强现实技术可以很好应用于培训业务中,... 详细信息

增强现实技术是利用计算机渲染生成虚拟场景,并将此虚拟场景与真实世界准确无误的融合在一起,最终利用视频显示设备将虚实融合之后的场景呈现给用户,从而大大提高了用户的视觉体验和认知感。因此增强现实技术可以很好应用于培训业务中,在航空航天、制造业和造船业的虚拟现实和增强现实技术的使用,已经取得了显著的成果,石油和天然气工业的应用增强现实的时期也已经到来。随着手机等移动端的发展,使其成为增强现实应用的绝佳平台。因此本文将移动增强现实技术应用于油田培训中,设计实现了基于油田培训的移动增强现实系统。本文首先分析了移动增强现实中的关键技术,然后分析ARtoolkit工作流程和原理,包括视频获取、标识识别、三维注册等。在单标识识别的基础上,通过图片分割编号方法实现多标识增强现实系统。然后根据Unity3D相机分层渲染的机制,设计标识-虚拟物体分离的方法使虚拟物体叠加位置更精确,完成能够适用于油田复杂生产环境的增强现实技术。其次,本文设计实现了系统的三维交互功能,使用菜单和触屏完成系统的操作引导、加深对油田生产模块理解、熟悉模块整体流程,并实现基于触屏方式拾取、平移、旋转和缩放等操作功能。最后结合前面的研究成果,设计开发一款应用于油田生产培训的移动增强现实系统。

关键词：移动增强现实油田培训 ARToolkit Unity3D 人机交互