增強現實算法基礎

《增強現實算法基礎》是2023年清華大學出版社出版的圖書，作者是秦學英、劉艷麗、鐘凡、邢冠宇。

基本介紹

• 中文名：增強現實算法基礎
• 作者：秦學英、劉艷麗、鐘凡、邢冠宇
• 出版時間：2023年5月1日
• 出版社：清華大學出版社
• ISBN：9787302626336 
• 定價：59 元

內容簡介

本書是一本講述增強現實基本原理和算法的教材。全書共分為11章。首先介紹增強現實基本模型和原理、空間變換與相機模型。然後介紹增強現實所必需的空間註冊與跟蹤算法，包括基於平面標誌的方法、基於3D點跟蹤的方法、視頻序列跟蹤及有限重建方法等。在此基礎上，講解了增強現實中的虛實融合技術和空間增強現實技術，包括虛擬物體的繪製、虛實物體間的遮擋處理、光照環境的恢復、陰影的生成及圖像融合。最後簡單介紹增強現實環境中的人機互動技術。

圖書目錄

目錄

第1章增強現實概述

1．1增強現實的基本概念

1．2增強現實簡史

1．3增強現實的呈現

1．3．1頭盔顯示器

1．3．2智慧型眼鏡

1．3．3螢幕穿透式顯示器

1．3．4空間增強現實

1．3．5遙在

1．4增強現實套用

1．4．1教育與培訓

1．4．2醫療

1．4．3軍事

1．4．4智慧型製造

1．4．5市場行銷

1．4．6娛樂遊戲

1．4．7通信

1．5增強現實與虛擬現實

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習題

第2章空間變換與相機模型

2．1增強現實中的空間

2．1．1空間坐標系

2．1．2空間關係的表示

2．1．3增強現實環境的坐標系

2．2空間變換與坐標變換

2．2．1剛體變換

2．2．2空間線性變換及對應矩陣

2．3相機的幾何模型

2．3．1針孔相機模型

2．3．2相機成像模型

2．3．3相機畸變模型

2．4單視圖定標基礎

2．4．1投影矩陣的標定

2．4．2由投影矩陣估計內外部參數

2．4．3相機徑向畸變校正

2．4．4投影儀與相機的校準

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習題

第3章基於平面標誌的空間註冊

3．1系統概述

3．2平面位姿估計

3．2．1單應性矩陣

3．2．2求解單應性矩陣

3．2．3從單應性矩陣分解旋轉和平移

3．3平面標誌的檢測

3．4虛擬物體繪製

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習題

第4章基於3D點的空間註冊

4．13D點定位

4．1．1三角定位法

4．1．2三邊定位法

4．1．3航位推算法

4．1．4攝影測量法

4．2空間變換估計

4．2．1基於3D3D點對應的直接法

4．2．2基於3D3D點對應的剛體運動估計法

4．2．3基於3D2D點對應的方法

4．2．4基於形狀匹配的方法

4．3增強現實中的註冊跟蹤

4．3．1增強現實顯示器的配置

4．3．2虛擬物體註冊

4．3．3增強現實中的空間變換

4．3．4常用感測器

4．3．5時間延遲問題

4．4註冊跟蹤系統

4．4．1基於感測器的定位跟蹤

4．4．2基於視覺的定位跟蹤

4．4．3混合定位跟蹤

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習題

第5章特徵點的檢測與匹配

5．1特徵檢測基本原理

5．1．1角點檢測

5．1．2斑點檢測

5．1．3尺度不變性

5．2特徵匹配基本原理

5．2．1處理像素值變化

5．2．2旋轉不變性

5．3特徵檢測與匹配的代表性方法

5．3．1SIFT特徵

5．3．2SURF特徵

5．3．3ORB特徵

5．4基於特徵點對應的位姿估計

5．4．1魯棒最小二乘

5．4．2隨機採樣一致性算法

5．5連續特徵跟蹤

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習題

第6章基於視頻序列的空間註冊

6．1雙視圖幾何基礎

6．1．1對極幾何理論

6．1．2基礎矩陣計算

6．1．3投影矩陣計算

6．1．43D稀疏重構

6．2圖像序列的定標

6．2．1由運動恢復結構

6．2．2集束調整

6．2．3定標算法框架

6．2．4相機的實時跟蹤

6．2．5SLAM簡介

6．3空間有限重建

6．3．1有限重建的意義

6．3．2基於體元的重建

6．3．3場景重建的主要方法

6．3．4場景平面檢測

6．4基於多視圖的重建

6．4．1立體視覺原理

6．4．2雙視圖像的正則化

6．4．3稠密點重建

6．4．43D表面模型

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習題

第7章虛實融合中的一致性

7．1虛實融合中的一致性概述

7．1．1一致性的條件

7．1．2虛實融合的框架和流程

7．2虛實融合一致性相關的繪製技術

7．2．1真實感光照明模型

7．2．2繪製方程

7．2．3虛擬景物的實時繪製技術

7．2．4陰影生成技術

7．2．5可見性檢測

7．3遮擋處理

7．3．1靜態前景遮擋處理

7．3．2動態前景遮擋處理

7．4空間增強現實介紹

7．4．1投影系統與3D實體的幾何校準

7．4．2投影系統與3D實體的顏色校準

7．4．3在任意表面上的圖像投射

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習題

第8章真實場景的光照重建

8．1真實場景光照重建特點

8．1．1室外場景

8．1．2室內場景

8．2基於採集的光照重建方法

8．3基於參數求解的光照重建方法

8．3．1真實場景光照建模

8．3．2基於簡化光照模型的光照參數求解算法

8．3．3較為完善的光照參數求解算法

8．3．4其他光照參數求解方法

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習題

第9章虛實場景間的光影互動與融合

9．1虛實景物間陰影的互動與融合

9．1．1陰影的概念及作用

9．1．2真實陰影的檢測

9．1．3虛實陰影互動與融合方法

9．2虛實場景鏡面映射效果互動與融合

9．2．1真實場景在虛擬物體表面上的鏡面映射

9．2．2虛擬物體在真實場景表面上的鏡面映像

9．2．3虛實場景鏡面映射效果融合方法

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習題

第10章增強現實中的圖像融合

10．1圖像融合與增強現實

10．2基於摳像合成的圖像融合

10．2．1圖像合成

10．2．2藍幕摳像

10．2．3自然圖像摳像

10．3其他融合方法

10．3．1多解析度融合

10．3．2基於圖割的融合

10．3．3泊松融合

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習題

第11章人機互動與套用

11．1AR互動概述

11．1．1人機互動的概念與基本模式

11．1．2人機互動的發展歷史

11．1．3增強現實環境中互動的特點

11．2用戶與虛擬物體的互動

11．2．13D互動

11．2．2虛擬現實的互動設備

11．2．3自然互動

11．3虛擬物體與現實環境的互動

11．3．1實體互動界面

11．3．2標誌物驅動的互動

11．3．3虛擬物體在現實中的幾何約束

11．3．4虛擬角色在現實中的語義約束

11．4增強現實的開發平台

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習題

參考文獻

附錄A最佳化方法

A．1線性最小二乘法

A．2齊次線性最小二乘法

A．3高斯牛頓最小二乘法

附錄B旋轉矩陣的最佳化

附錄CPnP問題的雅可比矩陣

附錄D基礎矩陣的一般性推導

附錄E圖片參考來源