智能制造与机器人理论及技术研究丛书 增强现实交互方法与实现
作者：何汉武，吴悦明，陈和恩 编著
出版时间：2018年版
丛编项：智能制造与机器人理论及技术研究丛书
内容简介
增强现实（Augmented Reality，AR）技术能够将计算机中的虚拟物体或信息融入到真实世界中，从而能够极大地增强人对现实世界的体验和认知。AR将为未来的信息系统和信息世界提供一种革命性的操作界面，必将改变诸如产品设计、设备操作与管理、培训学习等过程中的人机交互方式。近年来，AR已成为当今具影响力的新兴技术之一，受到学术界和产业界的广泛关注，被广泛应用于工业、医疗、社交、游戏娱乐、军事、教育等多个领域。 本书是广东省虚拟现实及可视化工程技术研究中心课题组在增强现实领域多年研究成果的总结，特别总结了在国家自然科学基金委员会资助下取得的成果（“增强现实装配操作空间的深度感知理论与方法研究”，编号：51275094）。本书从增强现实人机交互的特点出发，系统阐述了增强现实交互方法的基本原理、模型、主要技术与典型应用的实现。着重论述基于视觉、外设、体感及触摸屏四种典型人机交互方式的原理、方法与具体实现技术。主要内容包括：增强现实的理论基础与设备；基于标识、数据手套、机器视觉、移动终端的增强现实交互方法；增强现实应用系统开发案例。本书注重理论与实践相结合，五个与工业应用相关的增强现实典型应用案例均来源于实际科研项目，读者可从中全面了解与掌握增强现实系统人机交互的设计思路、软硬件构成、建模方法、关键技术实现方法、编程开发要点等。 本书可作为增强现实领域从事科研、技术开发人员的参考书和培训教材，也可供相关专业的研究生或高年级本科生使用。
目录
第1章绪论（1）
1.1增强现实概述（1）
1.1.1增强现实的内涵（1）
1.1.2增强现实与虚拟现实的区别（2）
1.1.3增强现实的特点（4）
1.2增强现实人机交互技术所面临的挑战（4）
1.3增强现实在各行业的应用（9）
1.3.1增强现实在工业上的应用（9）
1.3.2增强现实在医疗上的应用（12）
1.3.3增强现实在娱乐游戏行业中的应用（13）
1.3.4增强现实在教育行业上的应用（14）
1.4本书重要内容（15）
参考文献（16）
第2章增强现实的理论基础与设备（22）
2.1增强现实的空间坐标系（22）
2.1.1成像坐标系（23）
2.1.2观察坐标系（摄像机坐标系）（24）
2.1.3世界坐标系（26）
2.1.4虚拟世界坐标系（26）
2.2摄像机成像模型及其标定方法（26）
2.2.1摄像机成像模型（27）
2.2.2摄像机的标定方法（30）
2.3摄像机位姿估算（35）
2.4增强现实常用设备（37）
2.4.1摄像机（37）
2.4.2跟踪传感器（39）
2.4.3体感交互设备（41）
2.4.4可穿戴增强显示设备（42）
参考文献（45）
增强现实交互方法与实现目录第3章基于标识的增强现实交互方法（47）
3.1基于标识的注册算法原理（47）
3.2基于正方形标识的增强现实系统基本算法原理（49）
3.2.1正方形标识的设计思路（49）
3.2.2基于正方形标识的增强现实系统的坐标系定义（51）
3.2.3正方形标识的注册算法原理（52）
3.2.4正方形标识的编码识别（54）
3.2.5基于标识注册算法的影响因素讨论（56）
3.3基于正方形标识的交互方法与基本算法原理（60）
3.3.1常见的基于正方形标识的交互方法（61）
3.3.2基于正方形标识的交互方法基本算法原理（62）
3.4基于ARToolKit开发包的增强现实系统实现流程（65）
3.4.1ARToolKit开发包的工作原理（65）
3.4.2ARToolKit开发包的开发前准备（65）
3.4.3ARToolKit开发包的开发框架（67）
参考文献（68）
第4章基于数据手套的增强现实交互方法（70）
4.1数据手套的功能分析（70）
4.1.1数据手套的基本参数（70）
4.1.2数据手套的标定方法（72）
4.2数据手套的交互语义模型（75）
4.2.1交互场景设计（75）
4.2.2交互语义模型（76）
4.3基于数据手套的手势识别算法（81）
4.3.1操作意图判断的基本思路（81）
4.3.2静态手势识别（82）
4.3.3动态手势识别（86）
参考文献（88）
第5章基于机器视觉的交互方法（89）
5.1基础理论与方法（89）
5.1.1徒手交互的基本处理流程（89）
5.1.2双手交互的操作意图判断方法［1］（90）
5.2基于普通摄像头的徒手交互方法与实现（93）
5.2.1复杂背景下的手部分割算法（93）
5.2.2基于关键特征点的手势识别算法（102）
5.3基于Kinect传感器的体感交互方法与实现（112）
5.3.1Kinect传感器介绍（112）
5.3.2Kinect传感器应用交互场景要求（113）
5.3.3Kinect SDK输出的传感数据（113）
5.3.4Kinect传感器观察坐标系（116）
5.3.5Kinect传感器体感交互方法（116）
参考文献（119）
第6章基于移动终端的增强现实交互方法（120）
6.1移动增强现实的场景重构与处理（120）
6.1.1场景重构数学模型（121）
6.1.2场景重构流程与误差分析（123）
6.1.3场景点云重构（124）
6.2移动增强现实中的摄像机跟踪（131）
6.2.1摄像机跟踪框架（131）
6.2.2基于稀疏光流的摄像机姿态估计（134）
6.2.3基于语义SLAM的摄像头跟踪优化（140）
6.2.4摄像机跟踪的应用（150）
6.3移动增强现实的交互方法与实现（153）
6.3.1基于触摸屏的交互（153）
6.3.2移动增强现实中的视觉式交互 （163）
参考文献（170）
第7章增强现实人机交互应用系统开发（172）
7.1基于移动端的油泵拆装训练系统的设计与实现（172）
7.1.1案例的背景与意义（172）
7.1.2系统的设计方案（173）
7.1.3算法原理（180）
7.1.4系统实现（183）
7.2基于数据手套的车间布局系统的设计与实现（185）
7.2.1案例的背景与意义（185）
7.2.2系统硬件平台设计（186）
7.2.3系统软件平台设计（188）
7.2.4车间布局的交互语义模型（193）
7.2.5车间布局系统的实现（194）
7.3正方形标识工具车间布局系统的设计与实现（197）
7.3.1案例的意义与背景（197）
7.3.2系统的设计方案（198）
7.3.3算法原理（204）
7.3.4系统实现（206）
7.4体感交互技术在虚拟机器人示教中的应用（209）
7.4.1案例的背景与意义（209）
7.4.2系统设计方案（210）
7.4.3系统实现（212）
7.4.4程序实现原理与要点（219）
7.5基于Hololens的布线辅助系统的设计与实现（223）
7.5.1案例的意义与背景（223）
7.5.2系统的设计方案（224）
7.5.3系统实现（228）