无标记扩增实境实验平台建置与视觉追 踪技术分析.pdfVIP

無標記擴增實境實驗平台建置與視覺追蹤技術分析 王順吉 鍾德煥 李正豪翁志嘉 國防大學理工學院資訊工程學系 sjwang@.tw tehuan.chung@ 1001207@ bbcweng@ 摘要 影像視覺追蹤與定位技術可用於擴增實境之應用，依使用標記與否，可分為標記與 無標記兩類技術。標記識別技術較為簡單，且較為成熟，但受限於需使用特殊之標記。 無標記識別技術使用一般自然物件來取代特殊標記，應用較為彈性，但必須能正確擷取 出欲辨識物件有用之特徵點。現有擴增實境之開發函式庫或開發平台，主要目的為提供 擴增實境之應用開發，不提供無標記擴增實境技術研究方法之驗證。故本文深入研究探 討如何整合 ARToolKit 、OpenCV 與 OpenGL 等函式庫，設計無標記擴增實境整合平台。 且此平台各項功能採用模組化設計，以更彈性提供適用於無標記擴增實境物件辨識與追 蹤相關方法之驗證。另外，本 文並探討自然物件複雜度與移動速度對辨識與追蹤之影 響，分析適用於擴增實境自然物件之特徵值，做為後續提出克服因低複雜度自然物件以 及高速移動導致追蹤失敗之缺失，藉以同時驗證平台之適用性。本文之研究結果，可做 為實現開發無標記擴增實境實驗平台之重要參考依據。 關鍵字： 擴增實境、無標記、虛擬實境、視覺追蹤 1.前言 「擴增實境」(Augmented Reality, AR)將真實世界之影像、素材和資料，與電腦產生 之三維虛擬物件互相結合，顯示出複合式之影像。在現今軟硬體技術提升與配合下，擴 增實境之技術才得以在現實生活中呈現。雖然目前此技術已經開始逐漸蓬勃發展，然而 要讓此技術變成日常生活的一部份，則需搭配更多的軟硬體相關技術。 隨著智慧型手機(Smart Phone)的熱潮，行動數位化更替資訊研究領域創造出不同之 研究方向，而且攝影機更是智慧型手機之基本配備，所以可研究之領域更為寬廣；以往 只有電腦才能處理之資訊，現在的智慧型手機也可以輕鬆處理了。除了傳統的應用外， 這些智慧型手機有一個嶄新之應用領域，那就是擴增實境應用；智慧型手機夾帶其在行 動力上之優勢，是以往電腦所無法比擬的。例如 IKEA就透過這項技術來介紹其一系列 的家俱，消費者可以在展示場透過智慧型手機之協助，運用擴增實境之技術來將家具與 空間進行結合，最後透過結合之複合影像來決定是否進行採購。另外信義房屋創新推出 的「 iPhone看屋 App 」，不管消費者在哪裡，只要拿起手機對準所在地的街景，螢幕就 會列出附近相關物件資訊，這些都是智慧型手機發展之優勢。在頭戴式顯示器 (Head-Mounted Display, HDM)不夠便利，而三維立體影像投影技術依然處在研發階段之 情況下；智慧型手機之顯示器，就順理成章的成為擴增實境用來顯示虛擬物件之平台。 也因為如此，整個擴增實境之應用發展，在這一兩年間得以迅速擴大及成長。以往購買 玩具在尚未拆開包裝之前，很難得知玩具之特性與全貌；現在樂高(LEGO)採用擴增實 境之技術，只需要在特殊展示螢幕前，讓展示器辨識到該包裝盒上之商品圖標資訊，就 可以在該顯示器看到該款玩具的三維立體動畫展示，讓消費者迅速瞭解並感受此款玩具 的特性。另外，被人津津樂道的魔法書 (MagicBook)應用，讓閱讀不再是那樣枯燥與呆 板，配合三維立體即時互動之呈現方式，會使得書本變的更加生動有趣。這些都是擴增 實境在標記 (Marker)應用上之例子。 然而綜觀全盤擴增實境之應用，大多數依然需要配合標記來運作，對於現實環境來 說，要將標記帶在身邊有點不切實際，而且目前之開發套件並非採用相同之標記圖庫， 所以往往只能在固定領域採用特定之標記，可想而知其應用範圍將受到很大之限制。因 此，若可以採用現實生活中之物件來取代標記，相信可提升擴增實境之應用領域。目前 坊間已經有許多開發環境可供使用者選擇，然而大部分採用標記方式運作，當然現有開 發環境也陸續提供無標記 (Markerless)之應用，不過依然侷限在開發平台採取之無