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水利土木工程领域中的扩充现实技术

申杰  
【摘要】: 水利土木工程规模宏大并对环境影响较大,有必要发展强有力的可视化工具,能够在工程建造之前,从景观学和生态学方面对整个环境的冲击作出准确评价,这对避免环境质量退化及实际工作有着特殊的意义。基于图像的扩充现实(Augmented Reality—AR,也称增强现实)技术能够实现这些目的。扩充现实技术使观察者能够同时看到真实世界以及扩充了真实世界的、来自于计算机模型的信息,从而具有更丰富的信息空间。可视化冲击评价作为环境冲击评价的重要手段之一,已成为当前应用研究的一个热点。扩充现实技术是计算机领域的前沿研究课题之一,是重要的可视化工具。利用扩充现实技术可以实现更加客观的设计方案和工程施工过程的指导以及工程信息平台的建设,为专家和领导提供准确及时的支持决策。扩充现实技术的引入,大大提高了工作效率,节约了人力、物力和财力,带来巨大的经济效益。 本学位论文的特色及创新之处是,首次提出了水利土木工程的免标定扩充现实技术,并用VC++语言予以实现。详细论证了基于仿射的免标定扩充现实方法,并对算法实现过程中可能出现的虚拟物体的定位和绘制、以及遮挡问题等进行了深入分析,给出了具体的解决方法。针对土石坝、重力坝、桥梁设计等典型工程,给出了可视化应用实例,并应用扩充现实技术模拟滑坡过程,使得结果更为逼真。相对于传统的可视化工具,包括绘图、缩小比例的模型以及基于图形的虚拟现实,AR具有更好的客观性。 首次给出了基于透视的免标定扩充现实技术及应用框架,丰富了扩充现实技术,与基于仿射的免标定方法相比,改善了水利土木工程的仿真效果。 四川大学工学博士学位论文 提出了一个解决扩充现实中遮挡问题的新方法。算法的核心是在每一帧图 像中追踪至少四个基准点,构成仿射基,进而对虚拟物体与真实物体之间的遮 挡轮廓进行重建和重投影。并且,在前两帧图像中交互指定遮挡轮廓相对于虚 拟物体的前后位置,从而解决了扩充现实的遮挡问题。 论证了利用混合方法确定彩色基准族中心的方法。 各种类型的应用实例表明,免标定扩充现实技术为水利土木工程的可视化 冲击评价提供了广阔的应用前景。


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