基于增強現實技術的手機導航系統研究

摘要：Google的Android平臺是一個新興的手機操作系統，它強大的網絡功能和絢麗的用戶界面不輸iPhone。通過增強現實技術，利用GPS全球定位技術確定用戶所處的地理位置，通過攝像頭獲取用戶周圍的真實情況，將周圍敏感點的相關信息疊加到攝像頭照片之上，達到增強現實（AR）的效果，真正幫助用戶了解周圍的信息狀況。用戶可以選擇自己想獲取的信息，比如酒店，餐飲之類信息，就可以真正的將現實和信息結合起來，達到增強現實（AR）的效果。系統主要提供了列表展示、地圖展示和增強現實展示三種方式，相互結合，用戶可以在不同的界面之間可以相互切換，最終幫助用戶準確了解周圍現實世界的詳細情況。

關鍵詞：Android；增強現實（AR）；GPS

1、引言

現在的互聯網，信息量非常的巨大，然而人們對這些信息的利用過度依賴于搜索，需要輸入合適的關鍵詞才能找到自己想要的信息。除了搜索之外，有沒有更好的方式呢，能夠讓人們更加便利，隨時隨地的利用周圍的信息呢？人與人之間的溝通交流，現實世界過于生硬，虛擬世界過于遙遠，要真正找到志同道合的知己很難，有沒有介于現實和虛擬之間的一個交流平臺，幫助大家找到更多的好朋友？利用增強現實（AR）技術正好可以解決以上各種問題，可以利用該技術把現實中的事物和虛擬事物結合起來，使我們的世界變得更加豐富多彩。

2、研究背景

增強現實（AR）簡單的說就是虛實結合。它是一個新興的研究領域，與傳統虛擬現實技術所要達到的完全沉浸的效果不同，增強現實技術致力于將計算機生成的物體疊加到現實景物上，在虛擬環境與真實世界之間的溝壑間架起了一座橋梁[1]。它通過多種設備，如與計算機相連接的光學透視式頭盔顯示器或配有各種成像原件的眼鏡等，讓虛擬物體能夠疊加到真實場景上，以便使它們一起出現在使用者的視場中。

3、可行性分析

本系統采用的是Eclipse開發平臺，與SQLite數據庫相結合的方法，通過SQLite數據庫搭建AR數據庫，存儲興趣點的相關信息，諸如經緯度，名稱，圖像等內容。最后，通過Google Maps在地圖上展示出來，顯示用戶所在位置周圍的興趣點；而且在攝像頭的圖層之上顯示用戶周圍的物體信息，達到增強現實的效果。基于此思想的系統的理論及技術已很成熟，而且該方面的開發也已經有很多機構，人們正在研究，并且已經有類似的軟件開始發布、運行。比如觸景無限公司的Senscape AR瀏覽器可以將現實世界跟虛擬的數字內容完美的結合在一起，讓你通過手機瀏覽器，就能感知更多精彩的世界。在增強現實（AR）技術領域向更加縱深的方向發展。因此，從技術方面來講，理論上是可以實現的。用戶只需要Android系統的智能手機一部即可達到硬件要求，并且本系統設計的用戶界面簡單，用戶很快可以上手，達到操作要求。

4、系統設計

（1）體系結構設計

系統采用分層的體系結構，這樣，層與層之間相互進行數據通信，互相調用，方便以后的維護，修改與升級。系統分別由數據訪問層、用戶界面層以及邏輯管理層構成。數據訪問層主要出來對SQLite數據庫的操作，邏輯事務層主要處理系統中的邏輯判斷以及通信、事件的管理，界面層主要負責把數據以良好的UI展示給用戶。這樣的設計便于以后的維護更改等操作，而且各層之間相互隔離，有益于保證系統的安全性和穩定性。

（2）系統流程

本系統將采用SQLite數據庫，構建AR數據庫，達到增強現實的效果進行實際應用，同時通過GPS定位，確定用戶周圍的興趣點，并在Google Maps在地圖上展示出來。系統流程圖如下：

首先需要通過GPS確定用戶所處的具體位置，用戶在進入系統之后，可以設置顯示周圍多大范圍之內的興趣點。系統需要獲取Android手機中各種傳感器的使用權限，并且注冊各個活動頁面，接著按照系統流程圖進行工作。該系統主要通過以下四個模塊實現系統功能：

主界面模塊：主界面主要采用了借鑒了網站設計中tab的布局設計理念，主界面主要由一個tab選項卡構成，tab由列表、鏡頭、地圖三個選項卡構成，分別對應著不同的功能和操作界面。當用戶單機了不同的選項卡之后，系統將切換到不同的界面。而且，系統提供了兩個Menu選項，分別用來退出系統和幫助用戶了解系統。

列表展示模塊：該模塊主要以列表的形式展示用戶所在周圍指定范圍內的興趣點信息，具體包括興趣點的名稱，興趣點的類型，而且將會提供一個按鈕，使得用戶可以直接跳轉到地圖上查看該點的信息。

增強顯示展示模塊：這一模塊是系統的核心模塊，它主要結合用戶攝像頭的內容，在攝像頭內容之上添加一個新的圖層。在新的圖層之上顯示周圍物體的相關信息[4]。首先通過一個布局記錄用戶攝像頭的內容，在該布局之上加入一個新的圖層用來顯示興趣點的內容。在新的圖層上，我們還可以加入圖標來標志建筑物所在的位置，這樣的話，基本上就展示了用戶周圍的建筑物情況，有效的幫用戶了解了周圍的情況。

地圖展示模塊：該模塊主要是通過Google Maps展示用戶所在位置周圍的興趣點。地圖上會以不同的圖像展示不同類型的興趣點，這些興趣點都是從SQLite數據庫讀取出來的。

5、結論

在現在智能手機高速發展的今天，手機應用程序的互動性已經越來越重要。增強現實應用現在已經成為智能手機的一個研究熱點。本論文基于Android平臺給出了一個初步的設計方案，并已經實現基本的功能。通過SQLite數據庫實現快速訪問興趣點的相關信息，利用GPS確定用戶所在的位置，分析手機傳感器的數據，最終確定在用戶周圍展示哪些具體的信息。最終不僅實現了興趣點的信息的展示，而且確保了展示的準確性和具體性。同時，簡約的界面設計風格，給用戶帶來了良好的體驗。

參考文獻：

[1]趙新燦.增強現實維修誘導系統關鍵技術研究[D].南京航空航天大學，2007.

[2]PArnd Vitzthum.SSIML/AR：A Visual Language for the Abstract Specification of Augmented Reality User Interfaces.USA： NW Washington.

作者簡介：

張振華（1986--），男，漢，遼寧人，畢業于北京大學，碩士研究生，研究方向為導航時頻。