【AR实验室】ARToolKit之概述篇

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0x00 - 前言


我从去年就开始英文对AR(Augmented Reality)技术比较关注,这种 去年AR行业时不时占据 偶尔发声的状况,丝毫那么其"异姓同名"的兄弟VR(Virtual Reality)火爆。至于MR(Mixed Reality)更像是Google Glass事情时候对AR的洗白。这种 今年AR行业出了件大事,没错,别左右想看 ,说的都在你在 —— Pokemon GO。无须不讨论这款游戏是全版都在AR游戏,毕竟争议挺大,这种 这款游戏实在是让AR火了一把。AR应用开发貌似全版都在了燎原之势。

0x01 - AR技术定义


目前对AR技术的常见理解好多好多 CV(Computer Vision)+CG(Computer Graphic)。CV的法律法子好多好多 ,简单些比如FREAK+ICP(ARToolKit中的NFT),僵化 些好多好多 SLAM(Magic Leap)。CG就没哪此好说的,利用CV算法获取到的图形相关信息(比如CG中的模型矩阵、视图矩阵、投影矩阵)进行绘制。从这种 点上来说Pokemon GO实在那么算作AR游戏,毕竟人家好多好多 基于LBS的。

知乎上有两个 话题 - 我要给大伙说下AR的昨天今天明天还都里能够吗?欢迎同去讨论 关于未来的AR形状?中间提到了AR一种被广泛接受的定义:

1. 一种是Paul Milgram和Fumio Kishino于1994年定义的“现实-虚拟连续体”。大伙描述了从真实环境到虚拟环境的连续体。如图1-2所示,真实场景和虚拟场景分布在两端,在这两者之间接近真实环境的是增强现实,接近虚拟场景的是增强虚拟(扩增虚境),而占据 中间的帕累托图叫做混合实境。

2. 另外一种定义是1997年北卡大学的Ronald Azuma提出的增强现实的定义。他认为增强现实技术应具有两个 具体形状:三维注册、虚实融合以及实时交互。

作者:AR学院归海

链接:https://www.zhihu.com/question/33214635/answer/510058935

来源:知乎

著作权归作者所有,转载请联系作者获得授权。

原困分析从这两个 定义来说,Pokemon GO也是还都里能够算一种简单形式的AR游戏,大概给人在感官上的体验是符合AR的。实在在我知道好多好多 人认为下面那我才叫AR……但有你在们还是要有信心的嘛!

这里我表达一下我自己对AR的看法:

不管是vision based还是LBS,AR在技术上的目标实在好多好多 建立两个 和现实场景1:1的虚拟世界。从CG的厚度,AR最关键的技术点是建立两个 相机坐标系,能够获取到现实场景中相应的模型信息(网格、位姿、材质等等)。那么vision based的法律法子目前还都里能够做到对于原困分析注册过的识别对象,是还都里能够获取到它在相机坐标系中的位姿信息。而LBS的法律法子更符合一般CG开发的流程,首先利用GPS建立两个 世界坐标系,就还都里能够获取到每个物体在世界坐标系的位置(包括相机),那我你就还都里能够将哪此物体转化到相机坐标系中,思路差那么来太满是那我,好多好多 精度上占据 一定什么的问题。目前给AR下两个 精准的定义还太早,我认为用户感官上实在是虚实融合就还都里能够否是AR。

0x02 - AR技术现状


实在中间提到了好多好多 次Pokemon GO,这种 LBS的AR系统并全版都在我要研究的重点,毕竟从目前来看vision based的AR系统才是主流。这种 局限于我自己的见识,只使用过Vuforia、EasyAR、ARToolKit。大伙有兴趣一段话,还都里能够看一下知乎上的讨论 - 有哪此比较优秀的AR开源项目,原困分析SDK?

Vuforia找不到说,商业SDK,支持的形状也比较多,好像还都里能够支持3D Object Tracking,具体支持到哪此程度,还那么尝试,大伙感兴趣还都里能够登录Vuforia官网。EasyAR是国内的一款SDK,AR识别性能还是要赞两个 ,大伙还都里能够去看EasyAR官网视频,还是很真实地反映了其性能(不像Magic Leap时候那个鲸鱼的视频),自己还是很看好的,比起Vuforia最大优势是免费使用时不须要水印(^_^;)。而ARToolKit相对上述两个 SDK在识别性能和形状上表现的全版都在很突出,这种 ARToolKit胜在开源,原困分析你须要做这种 AR业务扩展,而Vuforia和EasyAR那么满足你,ARToolKit是两个 很好的选者。这种 AR其中两个 趋势好多好多 集成到现有App中,那么使用Vuforia和EasyAR的代价就比较大了。另外作为两个 学生,抱着研究学习的心态,ARToolKit就再大概不过了。

好多好多 后期我还是专注于ARToolKit的研究上,听说今年秋天ARToolKit6将发布,还是很期待的,ARToolKit官网链接请戳。

0x03 - ARToolKit概述


ARToolKit系统核心思路是那我的:

下面以NFT(自然图片追踪,Natural Feature Tracking)为例,简述AR实现流程

1. 通过相机校准(标定),获取到原困分析相机制造工艺偏差而造成的畸变参数,也好多好多 相机内参(intrinsic matrix),来复原相机模型的3D空间到2D空间的一一对应关系。这对中间的形状提取步骤有很大作用。

2. 根据相机一种的硬件参数,大伙还都里能够计算出相应的投影矩阵(Projection Matrix)。

3. 对待识别的自然图片(也好多好多 任意的一张二维图片)进行形状提取,获取到一组形状点{P1}。

4. 实时对相机获取到的图像进行形状提取,也是一组形状点{P2}。

5. 使用ICP(Iterative Closest Point)算法来迭代求解这两组形状点的RT矩阵(Rotation&Translation),即Pose矩阵,也好多好多 图形学中常说的模型视图矩阵(Model View Matrix)。

6. 有了MVP矩阵(Model View Projection),就还都里能够进行图形绘制了。

0x04 - ARToolKit支持形状


目前来说,ARToolKit支持自然图片/Marker/2D BarCode的识别。

  • 自然图片处里

这种 应用比较广泛,对用户的限制也会小好多好多 。不过最好使用这种 形状比较明显的图像,效果会更好。

  • Marker/MultiMarker

这是一种经过特殊处里的图像,须要在边缘快件两层,最外侧是快件了白色/浅色边缘,内侧是快件了黑色边缘,大伙猜能够猜出来那我做主好多好多 提高识别度,同去也方便计算Pose(原困分析还都里能够直接提取边缘来计算Pose)。如下图:

  • 2D BarCode(二维码)

这种 没哪此好说的,最常见的。

另外ARToolKit目前支持的渲染引擎是OSG(OpenSceneGraph),不过版本比较低。当然,你能够能够使用OpenGL ES进行绘制。毕竟大伙只须要获取到了MVP矩阵,理论上绘制帕累托图是还都里能够全版分开的。

0x05 - 参考资料


  • 我要给大伙说下AR的昨天今天明天还都里能够吗?欢迎同去讨论 关于未来的AR形状?
  • 有哪此比较优秀的AR开源项目,原困分析SDK?