【正文】 t ti ti w w ti t t w wP M P P T P? ? ? ??? （ 22） 其中 ， ti w ti t t wM P T? ? ?? 為跟蹤攝像機(jī)的攝影矩陣。綜合上述整個過程，世界坐標(biāo)系下的 點 wP 在 虛擬 攝像機(jī)下的 3D2D 成像關(guān)系為 v d d w w d v v w wP M P P T P? ? ? ??? （ 21） 其中 ， d w d v v wM P T? ? ?? 為虛擬攝像機(jī)的攝影矩陣。各 個坐標(biāo)系之間的變換如下 [32]： （ 1） twT? ，描述了坐標(biāo)系 ( , , )wF x y z 到 ( , , )tF x y z 之間的剛性變換； （ 2） ti tP? ，描述了坐標(biāo)系 ( , , )tF x y z 到 ( , )tiFuv 之間的透視變換； F di ( X , Y , Z )F d ( U , V )F ti ( U , V )F t ( X , Y , Z )F v ( X , Y , Z )F w ( X , Y , Z )北京理工大學(xué)碩 士學(xué)位論文 12 （ 3） vwT? ，描述了坐標(biāo)系 ( , , )wF x y z 到 ( , , )vF x y z 之間的剛性變換； （ 4） vtT? ，描述了坐標(biāo)系 ( , , )tF x y z 到 ( , , )vF x y z 之間的剛性變換； （ 5） dvP? ，描述了 坐標(biāo)系 ( , , )vF x y z 到 ( , )dF uv 之間的透視變換。頭盔系統(tǒng)的半反半透觀察像平面對應(yīng)觀察像平面坐標(biāo)系 ( , , )diF x y z 。 在標(biāo)定系統(tǒng)中，每一個組成部分都有一個獨立的坐標(biāo)系 。 以下數(shù)學(xué)模型的討論均是基于以攝像機(jī)為跟蹤器的頭盔系統(tǒng)。 圖 Axholt 的標(biāo)定 OSTHMD 的系統(tǒng)裝置圖 Axholt 等人做了大量的實驗，并詳細(xì)的討論了不同的標(biāo)志點的選取方式對標(biāo)定結(jié)果帶來的影響。 HMPD 標(biāo)定的示意圖如下圖所示。本文使用的增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)如下圖所示。 2020 年， Genc 和 Tuceryan 等人又提出了擴(kuò)展的 SPAAM 雙步驟方法 [27]。 之后， Genc 和 Tuceryan 等人在 SPAAM 基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了基于視頻光學(xué)跟蹤器的 SPAAM 方法[26]。該系統(tǒng)需要進(jìn)行 以下標(biāo)定： （ 1）攝像機(jī)標(biāo)定（變換矩陣 A 和攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)） ； （ 2）跟蹤器發(fā)射部分的標(biāo)定（變換矩陣 C） ； （ 3）跟蹤標(biāo)志點（固定在被跟蹤物體，即頭盔顯示器上）的標(biāo)定（變換矩陣 G） 。同樣，變換矩陣 A 可以間接從計算 G F C 三者的乘積而獲得。 在標(biāo)定過程中，在定義好世界坐標(biāo)系后，需要按照以下步驟進(jìn)行標(biāo)定 [24]： （ 1）攝像機(jī)標(biāo)定（變換矩陣 A 和攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)）； （ 2）三維位置指示筆的標(biāo)定（變換矩陣 G3）； （ 3）跟蹤器發(fā)射部分的標(biāo)定（變換矩陣 C）； （ 4）物體標(biāo)定（變換矩陣 E）； （ 5）被跟蹤標(biāo)志點的標(biāo)定（每個被跟蹤物體上都有自己的標(biāo)志 點， Gi）。 McGarrity and Tuceryan 等提出了介紹了一種動態(tài)交互式標(biāo)定光學(xué)透視式增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)的方法 [24]，在這種方法中用戶可以交互地調(diào)節(jié)攝像機(jī)參數(shù)直至標(biāo)定模型與實際標(biāo)定模型的圖像 在人眼中達(dá)到圖像匹配為止，在該標(biāo)定系統(tǒng)的硬件組成和坐標(biāo)變換關(guān)系如下圖所示。 1992 年，Deering 為獲得亞像素級虛擬物體注冊提出通用的標(biāo)定步驟來實現(xiàn)精確的高分辨率頭部跟蹤立體顯示 [19]。其次，在光學(xué)透射 式頭盔的使用過程中，由于用戶的不同次使用以及用戶身份的改變都將導(dǎo)致人眼眼點位置的潛在變化，這種人為因素不可避免地增大了光學(xué)透射式頭盔標(biāo)定的難度。 圖 視頻 透射式 頭盔標(biāo)定系統(tǒng)各坐標(biāo)系示意圖 攝像機(jī)標(biāo)定的目的是建立二維圖像與對應(yīng)三維場景間的關(guān)系模型 [18]，這一模型有兩類參數(shù)：攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)和攝像機(jī)外部參數(shù)。對于視頻透射式頭盔來說，用戶是通過攝像機(jī)獲得對周圍真實場景的感知，因此在標(biāo)定過程中可以直接處理真實場景圖像中的特征。 （ a） （ b） 圖 基于投影的空間 顯示設(shè)備 顯示效果圖 本文的研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu) 本文的研究目的是 本文的組織機(jī)構(gòu)如下： 第一章 第二章 北京理工大學(xué)碩 士學(xué)位論文 7 第 2 章 光學(xué)透射式頭盔標(biāo)定系統(tǒng) 頭盔 顯示器 標(biāo)定 簡介 在增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)中 ,為了實現(xiàn)虛擬物體與真實場景的完美結(jié)合，計算機(jī)產(chǎn)生的虛擬物體必須準(zhǔn)確的疊加到真實場景中。 （ a） （ b） （ c） 圖 空間光學(xué)透射式顯 示設(shè)備 基于投影的空間顯示設(shè)備是用前向投影儀將圖像直接無縫的投影到物體表面，虛擬信息被直接增北京理工大學(xué)碩 士學(xué)位論文 6 強(qiáng)到用戶環(huán)境中。 由于空間光學(xué)合成器的不同，它的樣式有很多，例如 Oliver Bimber 等人搭建 呈現(xiàn)倒金字塔形狀的反射式透明顯示器，這種顯示設(shè)備通過多個反射面，搭建成倒金字塔的形式，可以實現(xiàn)懸浮顯示的效果 [15]，如下圖（ a）所示。它 分為三種：基于屏幕的視頻透射式顯示設(shè)備、空間光學(xué)透射式顯示設(shè)備和基于投影的空間顯示設(shè)備。 分光鏡投影光學(xué)系統(tǒng)眼睛微型顯示器自反射屏北京理工大學(xué)碩 士學(xué)位論文 5 圖 MagicBook 增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)中的手持式顯示設(shè)備 隨著移動技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)、 PDA 等移動設(shè)備功能的越來越強(qiáng)大，人們對手持式增強(qiáng)現(xiàn)實的應(yīng)用研究 ，尤其是基于手機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng) 越來越多。 圖 典型的頭盔式投影顯示系統(tǒng) 手持式顯示設(shè)備 在一些增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)中采用了手持式顯示設(shè)備。由計算機(jī)生成的虛擬圖像顯示在微型顯示器上，虛擬圖像通過投影光學(xué)系統(tǒng)成像后，光線被分光鏡（與光軸程 45176。 Sony 公司的 Glasstron PLMA55 頭盔顯示器，分辨率為 800*255，視場角為 30176。 EMagin 公司的 eMagin Z800 3Dvisor，它顯示器采用 800*3*600OLED 屏幕，對比度大于 200:1。圖 的 分別展示了 Virtual Research 公司的 VR8，它的顯示器采用 640*3*480 像素的 LCD，對比度達(dá)到 200:1, 對角線視場為 60176。 圖像信號源 電子驅(qū)動器水平和垂直掃描器調(diào)制光源轉(zhuǎn)像光學(xué)系統(tǒng)眼睛北京理工大學(xué)碩 士學(xué)位論文 3 圖 光學(xué)透射式頭盔顯示器 增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng) 而視頻透射式頭盔顯示器由安裝在使用者頭盔上的微型攝像機(jī)攝取外部真實環(huán)境的圖像，計算機(jī)通過計算生成虛擬 的信息或圖像信號，通過視頻信號融合器實現(xiàn) 計 算機(jī)生成的虛擬場景與真實場景融臺，最后在顯示器上顯示輸出，呈現(xiàn)給用戶。 這兩種頭盔的顯示特性是不同的，各有優(yōu)缺點 ，它們分別適 用于不同的使用環(huán)境中 [1] [6] [7]。 此外， 2020 年，日本兄弟公司計劃推出新的視網(wǎng)膜顯示器產(chǎn)品。 2020 年， 美國公司 Microvision 推出了一款名為 “ Nomad”的增強(qiáng)現(xiàn)實 顯示系統(tǒng) [4]，其中的顯示器運用了視網(wǎng)膜顯示技術(shù)， 整個顯示設(shè)備與腰部佩戴的用于通信的無線設(shè)備配合使用，該顯示系統(tǒng) 如下圖（ a）所示。視網(wǎng)膜顯示設(shè)備所需的功率遠(yuǎn)低于一般的常規(guī)顯示器，其光源的輸出 功率 是納瓦量級，這就使得 整個成像 系統(tǒng)與電源的 體積 比較 小，因此視網(wǎng)膜顯示 設(shè)備 一般 體積小、重量 輕。 Oliver Bimber [3]根據(jù)顯示設(shè)備及其顯示方式的不同，把增強(qiáng)現(xiàn)實 顯示方式 分為頭盔式顯示、手持式顯示和空間式顯示三種。 增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的研究始于上世紀(jì)九十年代初，隨著增強(qiáng)現(xiàn)實的不斷發(fā)展，近幾年增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)相繼應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、軍事、建筑、文物古跡保護(hù)、制造與維修、娛樂 等許多 不同的 領(lǐng)域。 增強(qiáng)現(xiàn)實是一個典型的交叉式學(xué)科，它的研究內(nèi)容和涉及的領(lǐng)域十分廣泛，其中顯示技術(shù)、跟蹤定位技術(shù)和交互技術(shù)是實現(xiàn)一個增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兩者間有密切關(guān)系，但也有著顯著的差別。 polyurethane。摘要中不可出現(xiàn)參考文獻(xiàn)、圖、表、化學(xué)結(jié)構(gòu)式、非公知公用的符號和術(shù)語。北京理工大學(xué)碩 士學(xué)位論文 I 新型光學(xué)透射式頭盔的標(biāo)定方法研究 新型光學(xué)透射式頭盔的標(biāo)定方法研究 摘要 本文??。中文摘要力求語言精煉準(zhǔn)確，