遙感方向的增強現實軟件技術研究

翟 濤，杜慶東

（沈陽師范大學軟件學院 遼寧 沈陽 110034）

遙感方向的增強現實軟件技術研究

翟 濤，杜慶東

（沈陽師范大學軟件學院 遼寧 沈陽 110034）

增強現實技術是將計算機渲染生成的虛擬場景和真實世界中的實際場景無縫結合起來的一種全新技術。得益于計算機技術的高速發展，人們通過計算機與世界交流和接觸的實際愿景更加需要實踐發展的機會，因而增強現實技術便是在這樣的現實環境中獲得了較大的發展，增強現實作為下一代人機交互的重要發展方向，具備很好的研究價值。文章從增強現實軟件的現實發展狀況入手并整合遙感方向的相關應用進行了基于遙感的增強現實軟件技術的研究，旨在為增強現實技術的發展提供全新的方向。

增強現實技術；遙感；虛擬現實

增強現實技術以其能將計算機虛擬場景和實際場景相結合的功能而成為現代人機交互技術發展的革命性突破，該技術的應用為計算機與空間信息的交互發展提供了更大的空間，也使人對于計算機技術的應用有了更深的體驗，在1966年由Ivan Sutherland發明的頭盔顯示器獲得實際應用之后，虛擬現實系統便獲得了不斷地發展。近年來，隨著計算機圖形圖像學的研究深入以及計算機數字科學的發展使得虛擬現實技術不斷發展，同時以日常使用為主要用途的增強現實型產品也屢見不鮮，這都預示著一個全新的移動信息時代的開啟，而與此同時，增強現實軟件技術的研究領域也不斷擴展，遙感與增強現實技術的結合便是這樣一個全新的嘗試。

1 遙感與增強現實技術的概述

1.1 遙感技術的定義

遙感是一種非接觸的，具有遠端探測能力的科學技術。一般指的是運用空間傳感器或者遙感器接收來自物體的電磁波輻射信號，以獲取被偵測物體的相應信息的技術。遙感的應用以地球科學、計算機科學和現代化互聯網為主要載體，對于被偵測物體的相關性質有良好的呈現能力。遙感經過無記錄地面遙感、有記錄地面遙感、空中攝影遙感階段、現代遙感發展等幾個階段不斷發展和革新，在使用的設備和探測的準確性上有了良好的提升，同時對于可探測物的范圍和距離也都有了一定程度的提升。遙感科學對我國氣象、地理、防災減災等工程研究領域的貢獻十分巨大，通過不斷加強空間遙感影像的分辨率最終將形成良好的探測科學與地理科學的發展進步局面。

1.2 增強現實技術的定義

增強現實技術擁有兩種較為通用的定義，其中一種定義來自于1994年Paul和Fumio提出的“現實—虛擬連續體”這一定義描述的是虛擬物體與真實相結合的顯示環境，這一定義將真實環境和虛擬環境分為兩極，其中靠近真實環境的一端叫作增強現實，而靠近虛擬的一端被定義為增強虛擬。

第二種定義是根據增強現實技術的3種具體特征來定義的，這一定義在1997年由北卡羅來納大學的Ronald提出，虛實結合、三維注冊、實時交互是這一技術突出的特點，根據其特點可以進行如下的定義：增強現實技術就是對真實與虛擬環境的融合，并加強人們對主觀意識上的現實場景的注意力，提升感官綜合作用特性，實現現實與虛擬環境的交融與溝通。

根據以上定義可以看出，雖然增強現實是從虛擬現實的概念之中得到發展的，然而卻與虛擬現實有較大的不同，虛擬現實利用虛擬物體和環境的模擬使得感受者仿佛身臨其境，而增強現實技術則側重于對人的實際現實感受的增強。

1.3 增強現實技術的應用

增強現實技術以其卓越的應用優勢已逐漸為眾多行業所使用和進行創新性研究，比如房地產、商場、數碼、教育出版等行業或企業進行相關的產品展示、理念闡述等。在很大程度上與公眾形成了良好的互動與交流體驗，讓參與者能夠實現實時互動和良好的信息溝通渠道。因為其具有良好的交互性和信息承載性的特點使得傳統的用作信息展示的數字化平臺即平面顯示系統的應用縮小，而增強現實技術使得公眾接受信息的維度從2D變為了3D，形成了立體式的信息接納體系，從而獲得一種良好的視覺體驗，提高商品信息的豐富度。故而目前增強現實軟件廣泛適用于商場、電子產品營銷、樓盤展售等需要較強的互動體驗與實景體驗的場所。

2 遙感方向的增強現實軟件的關鍵技術

增強現實技術是在計算機圖形學、計算機圖像處理以及計算機編程原理等科學的基礎上發展而來的，由于其實現了真實世界中的虛擬和虛擬平臺上的真實體驗相結合的功能，故而具備良好的應用前景。而在增強現實的關鍵技術之中，跟蹤注冊、顯示技術、智能交互技術等都是極為重要的部分。

2.1 跟蹤注冊技術

應用于增強現實軟件之中的跟蹤注冊技術主要體現為使用攝像機和硬件傳感器為主并將其作為主要跟蹤對象的技術和將人及其周圍的信息作為主要跟蹤對象的技術。在該技術實現的過程中，GPS全球定位系統和GIS地理信息系統實現了連接通信模塊和數據采集模塊的重要功能，其中的核心應用比如：Web-GIS網絡地理信息系統。它是一種全球化、集成的客戶端、服務器網絡系統。在目前的Web-GIS網絡地理信息系統開發中，具有多種開發模式，比如：arcGIS api for flex+flexbuilder.以及arcGIS+Silverlight+Vs，arcgis api for javascript+html（本文所述）。在Web-GIS網絡地理信息系統軟件的后臺開發方面，開源的超文本預處理器（Hypertext Preprocessor，PHP）語言、Java語言都很好地解決了Web-GIS網絡地理信息系統后臺程序的兼容性問題。因而在實際的應用中較少會出現系統無法與計算機匹配的問題，很大程度上解決了增強現實系統的信息交互與多媒體互聯應用的問題。

同時，以人為主要跟蹤對象的增強現實遙感軟件可以遍布到人們生活的各個方面，由于衣食住行都與空間地理數據息息相關，諸如城市公交車站點的查詢，公共自行車位置的查詢，各種客戶端應用的位置服務。這些都是空間地理信息系統對空間數據進行計算輸出的結果，而將人作為跟蹤對象的增強現實應用會以人為第一視角，通過對其周圍景與物、具體地標的分析與測算實現對個人位置的實時界定。

一些主流A P P可以利用應用程序的調用接口（Application Programming Interface，API）數據端口進行相對位置的計算，精確地理信息的輸出，甚至可以內嵌地圖應用，而這些應用可以全面地支持PC端和移動客戶端，這就使增強現實的平臺擴展到不同的領域，而不僅是單一的應用于工程、測繪、橋梁、水利等公用項目中，也不單單是科學研究。而可以明確的是方便人的檢索和使用是遙感類型的增強現實軟件發展的主要方向。

2.2 遙感方向的增強現實軟件的顯示技術

視覺是人類與外界環境之間最為重要和直接的信息交流方式。因此基于現實并利用遙感技術實現遠端信息的現實增強的必須技術之一。顯示技術是增強現實軟件中的重要技術，常見的顯示系統中包括頭盔顯示器、手持式顯示器、投影顯示等。

2.2.1 頭戴式顯示器

頭戴式顯示器常與基于攝像機原理的增強現實軟件技術一同出現，使人感覺到沉浸感。頭戴式顯示器以視頻呈現圖像為主，用戶通過頭盔上一個或數個相機來獲取實時圖像，并經過計算機處理和虛擬渲染等步驟使得虛擬圖像與現實景物貼合，最終在顯示器內獲得顯示。

目前比較成熟的頭盔顯示器為微軟推出的Meta2以及Google公司的光學透視式頭盔顯示器。在以上產品結合具有遙感功能的增強現實軟件進行圖像顯示時能夠更好地保證遠端道路、山川在細節上的呈現，并可實現定位和細節檢索。

2.2.2 計算機屏幕顯示器

計算機屏幕顯示器通常具有較高的分辨率和視覺效果，可以滿足商業用戶的實際需求，比如在辦公室環境內對一定距離之外的現實場景進行增強。在該顯示器接受到來自遙感信息系統回傳的地理圖像數據之后即可開始3D渲染和連通平面地圖進行重要地理信息的同步標識。通常可以實現較大范圍的虛擬物體和場景的渲染還原，同時該平面顯示系統的實際造價較低，從而性價比較高。適合在遙感增強現實軟件獲得大面積開發應用之后進行普及使用，可顯著提升信息顯示的綜合程度和現實感。

2.3 遙感方向的增強現實軟件的智能交互技術

為了提升增強現實軟件的智能化水平而進行的諸如手勢交互、鍵盤交互、投影交互等手段已經在現實層面上實現了遙感增強現實軟件的智能化水平。智能手機的可觸控屏幕算是鍵盤交互的一個增強現實應用。通過一些模擬效果較好的動畫或者切換方式來達到用戶身臨其境的體驗的效果。然而始終無法實現真正的“人機交互”。手勢交互作為新型交互手段，以人的手作為基本指令源，通過特定的手勢來變換或顯示三維模擬物體及場景。

3 結語

綜上所述，增強現實技術在當今信息化時代的發展不斷擴大，2016年7月份，增強現實技術已由Gartner公司認定正式從概念炒作階段步入商業化運作的準備期。在這一時期進行結合遙感技術與增強現實軟件的聯合研究更加具有良好的現實意義，同時也可以看到這一應用的現實意義和發展的潛力，而相關的技術研究和綜合分析有助于形成系統的理論，幫助遙感增強現實技術實現較快發展。

Research on augmented reality software technology of remote sensing direction

Zhai Tao, Du Qingdong
（Software School, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China）

Augmented reality is a new technology which seamlessly combines the virtual scene generated by computer rendering with the actual scenes in the real world. Thanks to the rapid development of computer technology, practical wish to communicate and interact with the world through computers needs more practical development chance for people, therefore, augmented reality technology has made great progress in such a realistic environment. Augmented reality, as an important development direction of the next generation of human-computer interaction, has a very good research value. This paper starts from the related application of the real development status of augmented reality software and integrated related application of remote sensing direction to study the augmented reality software technology based on remote sensing, to provide a new direction for the development of augmented reality technology.

augmented reality; remote sensing; virtual reality

翟濤（1992— ），男，山西永濟人，碩士研究生；研究方向：移動應用開發。