关于媒体融合的增强现实技术的研究

邱雅慧

摘要：随着计算机技术的迅速进步，增强现实其虚实结合的特点和无与伦比的巨大优势，逐渐成为相关领域的研究重点。文章首先介绍了增强现实技术的概念与基本特点，然后对媒体融合的增强现实技术进行研究，并主要探讨了相机跟踪注册、视频目标的追踪和可见性计算以及虚实环境融合媒体融合等增强现实技术的主要技术基础。最对增强现实技术未来发展与应用进行了展望。

关键词：数字媒体 增强现实技术 媒体融合

中图分类号：TP37

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2015）10-0084-02

增强现实是以虚拟现实技术为基础发展形成的重要分支，增强现实可以通过将计算机产生的文本、图像甚至视频或场景实时嵌入到用户所处的真实世界，从而建立虚拟与真实之间的联系，实现增强现实世界信息的目的，提高用户的感知能力。虚拟现实技术产生于上世纪六、七十年代，并对扩展人类认识世界，提高适应世界的能力起到了重要作用，特别是在仿真训练、工业设计以及交互体验等领域得到了广泛应用。但由于虚拟技术建模工作量大以及现实世界匹配程度等问题一直得不到有效解决，因此刺激出现了多种虚拟现实增强技术，其中将虚拟对象嵌入到真实世界的增强现实技术有效降低了建模工作量，促进了虚拟现实技术的进一步发展。

1增强现实的特点

增强现实技术是连接现实与虚拟的媒介，作为现实世界的有效延伸，也体现出对虚拟世界的必要补充，因此增强现实具有虚实结合、实时交互和三维注册的特点。

1.1虚实结合

由于增强现实和虚拟现实具有本质区别，增强现实的出发点并不是要完全取代现实环境，同时还体现出对现实世界的突出依赖，可以说增强现实的目的就是为现实服务的。其主要特征是将虚拟信息与真实世界相互融合并叠加成一个画面，同时展示出真实世界与虚拟世界的双重信息，实现这两种信息的补充、叠加，从而体现出虚实结合的特点。

1.2实时交互

实时交互是指用户可以依靠对现实世界的信息的获取，从而实时得到反馈信息。因为增强现实需要通过对现实事物的迅速识别，然后在设备中合成，才能将混合信息准确传达给用户，从而实现了虚拟与真实信息的同步传播。

1.3三维注册

增强现实技术的实现依赖于摄像机姿态的实时跟踪，并得到摄像机影像位置及角度的实时信息。在上述基础上才可以实现虚拟图像在真实场景中的位置注册，并最终实现虚拟和真实世界的自然的融合。因此增强现进行识别的前提是三维注册，如果不经过三维注册是绝对不能实现增强的。

2媒体融合增强现实技术的技术基础

2.1相机跟踪注册技术

虚拟技术通过人机交互，可以带给用户身临其境的真实体验，但是这一切都需要大量而精细的建模渲染计算。媒体融合增强现实技术中摄像机所采集图像真是生活场景的真实反映，可以大幅减少建模与渲染工作量，从而提供了一种轻量级的增强技术，但是也给拍摄中的相机跟踪注册提出了新的要求。相机跟踪注册的内涵是指将相机观测的二维图像与虚拟的三维场景之间建立空间投影关系，这就需要对相机的位置与姿态实时进行参数估计。由于传统的特殊标识相机跟踪方式需要依靠场景中的标识物，因此限制了该技术的应用范围。所以相关学者经过研究提出了基于自然特征的注册技术，以有效突破相机跟踪中标示物的限制和约束，该技术自产生以来就被迅速应用于增强现实领域。

在视觉跟踪技术运用帧一模型的匹配方法要比帧一帧匹配方法更具可信性，尤其是适应连续帧重建问题。然而存在主要问题是由于计算量大容易造成实时性不佳的问题。在大场景定位方面，基于微软的Kinect深度相机的有效深度一般可以控制在10 m以内，如果是基于可见光的双目立体相机在科学调整基线长度的情况下，则能够获得更远的深度估计。所以因此将微软Kinect深度相机、立体相机以及惯性导航单元等传感器有机结合在一起，是提高三维注册技术精度的有效解决办法，基于这一方式可以实现高精度的增强现实技术。

2.2视频目标的跟踪与可见性计算

视频目标的跟踪是实现媒体融合增强现实技术的关键。其中关于动态目标的跟踪以及可见性计算则是实现虚拟与真实融合的主要关键，而虚拟角色的可见性计算不仅是一项难度极高的任务，同时要考虑到视频分层的实时处理，因此在計算方法的选择上也有极高的要求。从目前的研究成果来看，通用的方法是将动态目标跟踪与可见性计算两个主要问题进行同步处理，一揽子解决问题，也就是通过视频分割来提高算法的效率。但是基于目前普遍采用的二元分层方式，在遇到多个前景目标的情况下，前景分割将和目标跟踪不仅会变得极为复杂，同时判定和计算的速度与精度也难以保证。因此在此次研究中提出了一种将虚拟角色实时融入真实视频场景的算法。该算法的基本思虑是首先对虚拟人群进行约束式行为建模，然后通过背景剔除与局部约束分割并行的方式，对动态目标进行实时的多目标跟踪与分割，最后利用自适应卡尔曼滤波方法，做出目标的稳定运动的准确估计，并收到了良好效果。

2.3视频融合

视频融合是实现媒体融合增强现实技术下虚拟环境真实显示的关键性步骤，但目前使用的图形绘制方法主要是在融合静态三维模型情况下的真实感渲染。例如Debevec曾经提出利用手工方式进行三维拓扑以及图像内容的映射，以达到非相机视点的效果，但鉴于在当时的情况下并未实现三维空间标定关系的真实体现，这种方式下纹理坐标与三角形顶点关联，必须在渲染之前进行指定。与之相对的是AVE系统下由模型到图像的方法。这种方法下，视频投影并不需要依靠相机所在的位置以及相机图像以外的更多信息，即对模型上诸顶点的坐标进行实时计算获取，因此这种方式的好处是随着相机位置以及视频内容的变化，可以便捷地计算出图像的映射关系。虽然该方法在图像渲染与三维可视化领域得到广泛应用，但是由于图像只能在相机可见的区域映射，所以需要对图像投影过程中的所有可见性信息进行获取。此外在AVE系统中，由于某个区域会被多个相机同时可见，因此就不可避免地产生了纹理重叠的问题，这种情况下可以通过对虚拟空间进行区域划分，将每个相机对与相应的区域进行对应，就可以有效避免这一问题。

3媒体融合增强现实技术的未来发展与面临的问题

3.1媒体融合增强现实技术的未来发展

不久的将来.随着高清晰数字摄像设备大大普及，视频信息的获取将变得更为容易，人们可以更加简捷轻松地使用DV、摄像头和手机等获得数字视频。与此同时，随着数字媒体的不断发展以及媒体融合的不断深入，未来数字特效应用的需求将迅速增加，这也将进一步促进动画与视频交互处理技术的迅速普及。上述两方面的发展，也必将进一步促进媒体融合增强现实技术的发展与普及。以电影领域为例，随着数字技术的迅速进步，以实时视频融合技术为基础的“沉浸式电影”在不久的将来就可能成为现实，而这种呈现出电影观众与电影本身完美互动的电影形式将促进电影艺术样式的本质变革。再如，媒体融合增强现实技术的发展使得电视直播中的角色替代成为可能。在目前的技术条件下，當电视直播中出现故障时，只能采用暂停的方式予以补救。而依靠媒体融合增强现实技术，就能够将指定目标替代进行替换，从而保证直播的顺利进行。

3.2媒体融合增强现实技术面临的问题

媒体融合增强现实技术的出现，为传统媒体利用新媒体技术，进一步创新传播模式，实现媒体融合提供了重要途径。但目前媒体融合增强现实技术在国内传统媒体领域的应用并不理想，其原因主要有以下两个方面：首先是媒体融合增强现实技术的应用需要持续的技术和资金投入，这势必会增加生产成本。有关人士指出，媒体融合增强现实技术的实现，不仅需要专门的业务团队，同时还需要持续稳定的资金投入以及购置高质量的设备，所有这些因素都会影响传统媒体对技术革新的热情。其次是在市场经济条件下，要进行技术创新，就必须要考虑经济效益问题。如何借助媒体融合增强现实技术创新盈利模式需要进一步探索。例如电视节目采用媒体融合增强现实技术，在增加现场感和互动感方面不是传统的编播技术所能比拟的，这对于提高收视率、赢得稳定的观众群体极为重要。

4结语

鉴于数字媒体在将来社会经济生活中的广泛应用，提高数字影像技术水平十分重要。可以明确的是，在将来的影视艺术领域，将产生更多的真实拍摄视频与特定数字场景高效融合的现实需求，这显然也是视频受众增强娱乐体验的必然要求，因此基于实时视频融合的增强现实技术将得到日益广泛的应用。因此，此项技术业已成为计算机视觉领域的重要研究课题，可以预见早不久的将来，增强现实就会成为人们日常生活中不可或缺的重要内容，并从本质和形式两方面给人们的日常生活带来深刻的变革。