基于Android的增强现实系统的研究.docx

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）编号： 审定成绩： 重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于Android的增强现实系统的研究学院名称：经济管理学院学生姓名：专业：信息管理与信息系统班级：学号：指导教师：答辩组负责人：填表时间：年 月重庆邮电大学教务处重庆邮电大学本科毕业设计（论文）摘要 增强现实技术是将真实世界的信息和虚拟世界的信息通过一定的方式叠加形成信息量更大的展示界面的技术，达到了对现实世界信息的加强。增强现实可以把原本在现实世界中人类能感知能力范围内很难体验到的真实信息(比如视觉,声音,味道,触觉等信息),通过计算机等科学技术，模拟仿真后叠加到所取主观真实世界的信息中去，将真实的环境信息和虚拟的物体信息实时叠加到在同一画面或空间，再通过一定的显示手段使这些信息展示出来，使得人体能够感知与察觉，从而达到超越现实的增强现实的感官体验。随着计算机技术的快速发展，增强现实技术在近年来发展势头强劲。增强现实技术在多个领域中展露头角，并开始应用于智能手机终端，逐步在各种领域提供增强现实支持，带来灵动的用户体验，更实用也更人性化。增强现实技术应用于Android是基于增强现实技术进来的高速发展和Android设备的爆发式普及。基于计算机增强现实技术，整合现实取景图片，Android 系统、智能终端平台，将虚拟场景与现实场景的信息叠加，使系统的应用得到扩大与加强，也使系统信息更直观、高效的传达。从当下信息领域的发展趋势来看，随着人们对增强现实技术的应用于了解的加深，基于Android 智能终端的增强现实系统会得到更多的发展。【关键词】增强现实 Android 跟踪注册 虚实结合ABSTRACTAugmented reality is the technology what put the information of the real world and virtual world of information together through a certain way of stacking to form more information display interface, strengthening of the real worlds information. Augmented reality can make originally in the real world, humans can perceive ability within the scope of difficult to experience true information (such as sight, sound, taste, touch and so on), through the computer science and technology, such as after simulation superimposed to the subjective information of real world, the real environmental information and real-time overlay virtual objects information to in the same picture or space, and then through a certain means to make the information display, make human body perception and notice, so as to be beyond the reality of augmented reality sensory experience. With the rapid development of technology smart phones are hardware well facilities, small-sized and easy-to-carry, which makes it more and more popular. Meanwhile, people have higher demands on the way of learning about attractive things rather than by searching with a browser merely. In addition, GPS and Sensor modules are integrated into smart phones, which promotes the development of augmented reality technology. Currently, more and more research institutions and famous enterprises pay attention to mobile augmented reality.【 key words 】 augmented reality Android tracking registered bricks Combination of virtual and reality目 录摘要IABSTRACTII第一章 绪论2第一节 研究背景2第二节 本文的结构与研究内容3第三节 当下增强现实系统研究现状4一、国外增强现实系统的发展现状4二、国内增强现实系统的发展现状6第四节 本文研究的意义8第二章 Android平台及增强现实介绍9第一节 增强现实技术概述及其在现实中的应用解析9一、增强现实系统概述9二、当下增强现实的主要应用领域与应用方式10第二节 Android平台介绍13一、 硬件开发平台13二、 软件开发环境14第三节 基于Android的增强现实系统的系统架构16一、增强现实系统的特点16二、增强现实系统的框架结构设计17第三章 增强现实系统关键技术18第一节 跟踪注册技术18一、跟踪注册技术性能指标18二、 跟踪注册技术分类19第二节 人工标志设计20第三节 三维场景计算机图形学原理21一、坐标系相关概念21二、 虚拟物体建模技术22第四节 标志跟踪注册23一、标志跟踪注册概述23二、图像采集23三、图像预处理23四、模版匹配24第四章 增强现实系统在机械维修的实现25第一节 系统实现27一、视频流采集模块27二、标志物检测识别29三、虚拟场景渲染叠加29四、多媒体信息加载30五、人机交互模块设计实现31第二节 机械维修支持系统32一、系统需求33二、标志物选型和设计33三、系统实现功能34四、系统交互界面34第三节 本章小结35第五章 总结与展望36第一节 总结36第二节 展望36致谢38附录41一、英文原文41二、 中文翻译4955前 言随着科技不断地快速进步，移动终端的硬件设施越来越完善，体积小和易于携带的优点，使得移动终端的普及率也越来越高。而且随着物质生活水平的提高，对于感兴趣的未知事物，浏览器搜索方式似乎己经不能满足人们的需求。此外绝大多数智能终端自身己经集成了GPS和传感器等功能完善的硬件模块，为增强现实技术的研究提供了硬件条件。基于以上背景，基于移动智能终端的增强现实的应用研究逐渐得到越来越多研究机构和企业的重视。本论文旨在基于目前比较流行的Android开源操作系统平台，深入探讨移动增强现实的相关技术，并结合位置服务，提出将位置导航服务与增强现实相结合的解决方案，实现基于Android终端的增强现实系统。第一章 绪论第一节 研究背景 近年来，增强现实技术的小型化、移动化取得了巨大的进步。随着移动通信技术的发展和各类移动终端的普及，智能手机、平板电脑等移动互联网通用手持设备的硬件性能快速提升，移动设备操作系统平台逐步完善。从硬件条件上，移动设备具有较快的计算处理能力、内置的摄像头以及彩色高分辨率的屏幕等特点能够较好的满足增强现实系统虚实结合、即时互动、三维注册的特点，加上其良好的触摸操作体验，手持移动设备已经成为增强现实系统良好的实现平台，研究基于Android的增强现实系统具有理论意义和很高的实用价值。另一方面，这些设备体积小、携带方便、价格相对便宜，已经融入甚至改变了人们的工作和生活，移动增强现实系统的下一代研究将会把注意力转向小巧的、计算能力较强的手持移动设备上。科学技术更新迭代的速度加快，智能终端普及率也越来越高，这也预示着移动互联网时代的到来。移动互联网时代要求越来越多的传统技术向智能终端上转移，增强现实技术也是其中之一。所谓这类增强现实系统在继承了增强现实的三大特点，即三维注册、实时交互和虚实结合的基础上，将增强现实应用于基于Android的移动智能终端，从而具有较高的可移动性，进而提高了实用性，扩大了增强现实的适用范围。最早涉足移动增强技术的是哥伦比亚大学的Steven Feiner，他于1997年开发了一个为Mobile Augmented Reality System的用于导航的系统。在此之后，增强现实的游戏也开始出现，这些游戏能够让用户在真实环境中参与游戏的互动，典型的包括南澳大利亚大学开发的Wearable computer lab和新加坡国立大学开发的AR Quake，以及现在流行的谷歌开发的Ingress。然而，以上的系统都是基于个人计算机的，个人计算机和头盔显示器都使得增强现实系统有点笨重，非常不易于携带与推广，同时使用起来也并不方便轻松。目前，由于移动智能终端，如手机和平板等小型计算机的处理性能越来越强大，同时其自身集成了GPS、图像采集和传感器等硬件模块，而且显示技术也愈加优秀，使得移动智能终端成为增强现实技术得以发展的理想平台。由此可见，增强现实技术，特别是基于智能移动终端增强现实技术是一门很有发展潜力的技术。当今，各种高性能的移动智能终端更是推动了这门技术的发展步伐，同时该项技术的发展也必将对移动智能终端的性能要求越来越高，从而促进终端的发展。现在市场上智能移动终端主要操作系统包括Android与iOS两类，二者占据了智能移动终端的绝大部分市场，其中占据了智能手机96%份额、平板电脑市场占据了93%份额。二者相比，虽然iOS 的市场比例依旧超过半数，为市场的龙头，但相比之下Android的发展更加迅速，其不断的侵占iOS市场份额，越来越完善的系统隐隐有超过iOS的势头。并且在系统的适用性与可移植性方面Android都超过iOS，同时因为Android的源代码开元，具有很强的可定制性，同时使用Android的智能移动终端价格低廉。反观iOS，源代码不开元，系统闭塞，可移植性与定制性都远远低于Android，所以Android是非常理想的增强现实系统实现的平台。基于Android的增强现实系统的出现定将会为人们的生活提供了很大的便利，具有很大的市场价值。增强现实技术在Android平台上的应用最近两年发展迅速。一方面，Android终端的便携性使增强现实技术能摆脱了像传统头盔式增强现实设备的束缚，是增强现实技术发展理想的平台，另一方面，增强现实在手机平台的应用也进一步拓展了Android平台的功能，有效提升了用户的使用体验。目前，移动互联网厂商都对增强现实技术在Android平台上的应用给予了极高的重视，并且积极研发推动该技术的发展，普遍认为其有巨大的潜在商业价值。而其在应用前景也非常广阔，高通(Qualcomm) 2010年发布了Android设备上的增强现实软件开发套件SDK，并提供20万美元比赛奖金，鼓励开发人员为Android平台开发AR应用。 据中华人民共和国工业和信息化部(工信部)统计截止2012年3月底，中国移动电话用户达到101882万户，在这10亿多移动电话用户中，3G用户净增2364万户，总数达到15206万户。人们对手机应用的多样性和增强现实服务的需求日益凸显。基于Android平台的增强现实应用非常广泛，也非常具有实用价值，覆盖商业领域、教育领域、工程领域、乃至高科技领域和娱乐业。第二节 本文的结构与研究内容本文是对基于Android的增强现实系统的研究，共分为五章，每章的主要内容介绍如下。第一章是本文绪论部分共分为四小节，分别为研究背景、文章的结构与研究内容介绍、当下增强现实系统研究现状与文章研究的意义。其中重要内容为当下增强现实系统研究现状与文章研究的意义，介绍了课题研究背景和研究意义，对增强现实技术的国内外发展动态进行了较为系统的介绍。同时介绍了项目的工作内容以及本文的章节安排。第二章对Android平台以及增强现实系统做了系统的介绍。其中包括增强现实的内容含义、当下增强现实的主要应用领域与应用方式以及Android平台硬件、软件的开发环境，同时也对基于Android的增强现实系统的系统架构做了较为详细的描述，指出了其特点，并做了简单的系统搭建描述。第三章主要内容是解释增强现实系统所需要的主要关键技术，包括跟踪注册技术、人工标志设计、三维场景计算机图形学原理以及标志跟踪技术。重点是跟踪注册技术，在文中指出了其性能指标与技术分类。同时也介绍了人工标志设计的规范，三维场景计算机图形学原理。在标志跟踪注册中着重介绍了图像采集、图像的预处理以及模板匹配。第四章是根据前三章的介绍下完成了增强现实系统在机械维修的实现，其中简述了系统的主要内容，包括视频流采集模块、标志物检测识别、虚拟场景渲染叠加、多媒体信息加载、人机交互模块的设计实现。从理论上实现了机械维修系统，介绍了其系统需求，做出标志物选型和设计，同时完成了系统实现功能具体方法、设计出系统交互界面。第五章包括了对全文的总结以及对增强现实技术未来发展的展望。第三节 当下增强现实系统研究现状一、国外增强现实系统的发展现状随着虚拟现实和增强现实技术的进一步发展，基于增强现实的应用基础研究成为一个重要的研究发展方向，显示出了其强大的发展前景。1992年，美国北卡大学将超声波数据与病人的腹部成像集合，使外科医生可以“透视”病人的腹腔。1993年，美国哥伦比亚大学的Feiners教授等人设计一个打印机增强现实维修支持系统（如图1.1），该维修支持系统可将有关技术说明叠加在激光打印机上，辅助技术人员完成维修任务。在实际工程应用方面，应用于新设备、新器材的设计研发，机械保障的增强现实装配系统是增强现实技术的一个典型应用，其中有最有代表性的研究工作之一是波音公司的机上接线器和缆线的增强现实装配系统。（如图1.1）军事上各国军队数十年来一直在不同场合设计使用增强现实，美国海军研究所已经资助了一些增强现实研究项目。其国防先进技术研究计划署（DARPA）已经投资了HMD项目来开发可以配有便携式信息系统的显示器，该增强现实系统可以为军队提供关于周边环境的重要信息，可以让士兵更加了解战场信息，把握战场主动性。 新加坡国立大学、芬兰 VTT 技术研究中心、德国 Fraunhofer IGD 计算机图形学院等单位也在扩大增强现实系统的研究。西班牙马德里 Interactions 工作室开发的增强现实魔术系统可以让用户与其身边的人交换头部影像。新加坡国立大学Y.Pang和A.Y.C.Nee等人研究开发了一个面向装配设计、评价的增强现实环境系统，系统将真实零件和来自CAD环境的虚拟模型合成到一个统一的环境中进行装配规划。系统利用数据手套等交互设备对虚拟对象进行选择和操作，基于碰撞检测机制对装配过程进行仿真，装配过程设计有约束运动引导，利用“虚拟磁力”来实现零件的最终精确定位。德国Fraunhofer IGD 计算机图形学院先后展开了ARVIKA项目和ARTESAS项目研究，他们目前致力于研究基于工业产品的直线特征等进行无标志虚实物体注册方法，并在此技术基础上研究如何为装配师实时地提供与正在被装配对象相关联的上下文敏感的装配辅助信息，提高装配工作的正确性与效率，从而使汽车、飞机等复杂产品的装配过程更加高效、优化。 图1.1 打印机增强现实维修支持系统与波音公司的增强现实装配系统 20 世纪末到本世纪初，研究人员开始尝试在桌面 PC 等通用的设备上配置实现增强现实系统。ARToolKit是早期研究比较常用的一种适用于桌面级的增强现实跟踪注册工具包，它最早是由日本教授 Hirokazu Kato 研制开发的，后来由华盛顿大学的HIT Lab (Human Interface Technology Laboratory)等多个研究机构共同推进完善。Kato 最早将ARToolKit 用于实现协作式 AR(Collaborative AR)的远程会议，该系统用户包含增强现实用户和桌面用户两类，均配有摄像头装置，前者佩戴头盔显示器在工作场地进行工作，通过网络连接将采集到的视频图像传送给后者，由桌面用户来指导增强现实用户工作。随着PDA和智能手机处理能力的提高和性能的丰富，研究者开始探索将 PDA和智能手机这类通用的、普及型较高的手持设备作为手持式增强现实的实现平台。Wanger博士所在的奥地利Vienna University和Graz University of Technology一直致力于研究手持式增强现实系统，其开发研制的 Studierstube ES包括：适用于智能手机和 PDA的基于标记的跟踪库、二维图形渲染引擎和以分布式增强现实为目的的通信框架。基于Studierstube ES 框架，Wanger 等人作了大量的应用研究。2002年，Wanger将ARToolKit软件包移植到PDA上，实现了第一个由PDA独立完成所有增强现实处理任务的系统。近年来，在更加普及的智能手机、平板电脑等手持设备上，基于增强现实技术的各种游戏以及应用不断涌现。2010年，美国高通公司发布了针对移动平台的增强现实开发包Vuforia AR SDK，其中集成了移动设备的图像采集接口以及增强现实系统开发的跟踪注册模块包。Vuforia AR SDK面向广大移动应用开发者免费使用，通过其可以非常方便的进行移动增强现实应用的开发。 二、国内增强现实系统的发展现状 增强现实技术从产生到现在已经取得了巨大的发展和进步，从初始阶段的理论探索到现在已经实现了相当规模的具体实践和应用。在国内，增强现实的研究也越来越成为热点，具有代表性的成果包括像北京理工大学研制的透视式头盔及数字圆明园项目。北京理工大学王涌天教授致力于通过增强现实技术完成对于圆明园的虚拟重建(如图1.2)，让在园中散步时带上特殊的三维眼镜的用户可以欣赏当年皇家园林原貌，或者用手机、平板电脑等移动终端扫描二维码进行调出重现图（如图1.3），叠加在手机采集到的图像中。北京航空航天大学教育部虚拟现实与可视化新技术实验室的集成分布式虚拟环境、浙江大学心理学国家重点实验室开发的虚拟故宫、CAD&CG 国家重点实验室开发出桌面虚拟建筑环境实时漫游系统等。清华大学计算机系也对虚拟现实和临场感方面进行了研究，例如球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施和深度感试验等方面都具有不少独特的方法。增强现实维修支持系统的理论研究也取得了一些进展，例如赵新灿博士的论文增强现实维修诱导系统关键技术研究将可穿戴式辅助维修基本理论和增强现实技术相结合，对其中涉及的数字化维修核心技术进行深入的研究，开发了一种以维修人员为中心的人性化、智能化的维修辅助工具。 图1.2 圆明园数字重现图1.3 供游客扫描的二维码相比国外增强现实技术在国内发展比较滞后，但正因如此，增强现实系统具有很大的发展空间和发展潜力。现在国内智能终端设备的普及，国内基于移动智能手机的增强现实应用也开始出现。比较出名的有触景无限和百度地图等。触景无限是一款类似于的增强现实应用，这款应用使用了当今比较火的云计算技术，涉及到的方面包括广告、搜索、游戏和社交等，能为人们提供时尚的生活方式。图1.4 触景无限界面第四节 本文研究的意义由于传统的增强现实系统设备构造复杂、系统庞大等缺点，使其较难进入普通人的生活，无法被大量运用。所以这类增强现实系统的应用范围受到了很大的局限。而以智能手机、平板电脑为代表的智能移动设备很好的满足了增强现实系统所需要的所有必要的基本条件，在移动设备上研究实现增强现实系统具有很高的可行性，同时又具有必要性。本文即致力于在目前移动设备发展迅速以及移动互联网络运用广泛的趋势硬件基础上，研究和实现通用的基于Android平台的增强现实系统。通过对Android特性的研究验证在Android平台上实现增强现实系统的可行性与必要性，同时研究增强现实系统的一般设计实现流程，并通过这些研究设计出可行的基于Android的增强现实系统实现方案。同时根据Android设备的硬件特性来进行诸如图像采集处理、场景注册等相关技术的探讨与优化实现。通过研究设计和实现一般的基于Android的增强现实系统，对于方便人们生活和把握增强现实技术的发展方向有很重要的现实意义。 本文通过对增强现实系统的研究，探讨了构建基于Android的增强现实系统所需要的硬件条件、软件条件与技术支持，验证了基于Android的增强现实系统的高可行性。一旦增强现实系统广泛应用于Android平台，将会对人们生活带来颠覆性的便利，会在一定程度上改变人们的生活习惯与思维方式。比如汽车维修这一以往人们需要一段时间的学习才能掌握、使用的一种技能，当增强现实系统介入后或许人们就可以通过更新数据库来获得这一技能，这样大大缩短了人们对生活中一些技能的学习时间，甚至于可以不用学习，极大程度上方便了人们的生活。通过把增强现实系统移植到Android平台上，将使得更多的人能接触运用到增强现实技术，将增强现实技术的能力更大的发挥出来，为更多的人服务。若增强现实能得到广泛运用，必将带来巨大的社会效益与经济效益，改变现社会的各行各业，同时也必将带动社会的进步。第二章 Android平台及增强现实介绍第一节 增强现实技术概述及其在现实中的应用解析一、增强现实系统概述 增强现实技术是建立在虚拟现实技术上的技术。虚拟现实是通过多媒体技术与仿真技术相结合而成，生成逼真的视觉、听觉和触觉一体化的虚拟环境，让用户以类似于真实自然的方式与虚拟环境中的物体进行体验和交互，从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实是把客观上存在的或并不存在的东西，运用计算机技术，在用户眼前生成一个仿真的虚拟的环境使人感到沉浸在虚拟环境中的一种技术。增强现实是通过计算机技术处理，运用跟踪注册技术跟踪用户在真实场景中的位置，将计算机生成的虚拟信息叠加应用到真实世界的画面上，利用传感技术和显示设备将虚拟信息和真实世界统一在一个画面或空间内。把原本在真实世界中一定时间和空间范围内很难体验到的实体信息（视觉、听觉和触觉信息等）叠加增强到现实世界被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验，给用户营造出“身临其境”的感觉。 二者之间具有紧密的联系，在很多应用领域都具有很大的相似性，然而另外在沉浸度、注册精度等方面二者间也存在着明显的区别。虚拟现实技术立足于实现一个计算机生成的三维交互式虚拟场景，使用户在一定范围内完全沉浸于其中。然而现实世界中的场景非常复杂，信息量十分巨大，要实现精确而又快速的模拟和描绘需要十分强大的硬件环境和传感器设备，此类设备往往昂贵且不容易获得，因而大大限制了其通用性、易用性，缩小了应用范围。而且人们对虚拟场景的体验，就是为了更好的认识真实场景，依据这样的思想，在真实场景中已经存在的或者其他一些不重要的边缘信息就没有必要用计算机再加以模拟。增强现实技术正是这样背景下的产物，增强现实致力于将虚拟场景物叠加应用于真实场景之上，用户可以感知真实场景中的虚拟景物，其最终目标是实现真实场景与虚拟景物的完全融合，使得用户感觉不到哪些是真实的，哪些是虚拟的，而认为自己所看的是一个完全真实的场景。增强现实技术通过增强我们的所见、所听、所闻和所感，将进一步模糊真实世界与计算机所生成的虚拟世界之间的界限。二、当下增强现实的主要应用领域与应用方式 增强现实系统的信息叠加，值得使用者能得到更多的信息提示。从而带来了更方便的国防领域：增强战场环境 部队可以利用增强现实来增强战场环境信息，在真实环境中融合虚拟物体，可以增强真实的战场场景。向系统中输入部队的位置信息，系统不仅能向部队显示真实的战场场景，而且能够通过增加虚拟物体强调肉眼无法看见的环境信息以及敌方或己方的隐藏力量来增强真实战场场景的显示，真正实现各种战场信息的可视化。军事训练 增强现实可以为部队的训练提供新方法，通过增强的军事训练系统，可以为军事训练提供比实兵演习更加真实的战场环境。士兵训练时通过随身携带的增强现实系统，不仅可以看到真实的场景，而且可以观察到场景中各种增加的虚拟物体，将军事训练推向更加实战化。作战指挥战场指挥员如何及时掌握瞬息万变的战场情况，一直是作战指挥中的一大难题。将增强现实应用于作战指挥系统中，可以允许各级指挥员同时观看、讨论战场以及与虚拟场景交互，实现整个战场信息的高度共享，这将更有利于各级指挥员快速、正确理解上级意图。通过增强的作战指挥系统，指挥员能实时掌握各个作战单元情况，有利于指挥员及时做出正确的作战决策。武器装备研制 将增强现实应用于武器装备研制中，可以实现不同地域、不同单位的设计人员合力为军方完成复杂装的研制。研制部门也可以通过增强现实系统，将装的模型及各种可能的设计方案融合在一起显示给军事使用部门，使用部门可以通过增强现实系统全面比较各种方案，并且能够将修改意见直接反映到装备的模型上，这将大大提高装备研制的效率以及装备的实用性。装备维护和修理 大量复杂装备的维修一直是部队的棘手问题，特别是战时如何实现装备的快速维修更是决定战场胜负的要素之一。目前，装备说明书一般是文本和图形形式的，不方便于技术人员的维修。而将增强现实用于装备维修中，可以直接在实际设备中添加3D画面，一步一步地提示技术人员应该做什么以及如何做，方便装备的维修，极大提高装备保障的效率 。协同工作将增强现实应用于协同工作，可以允许多个用户终端协同活动，同时观看、讨论以及和虚拟物体交互。协同增强现实系统可以为多个用户能够建立一个共享的、可理解的虚拟空间，类似于他们所理解的自然空间。融人增强现实的协同工作所提供的协同工作环境，将在模拟推演、军事标绘等领域有着广泛的应用。医疗领域：手术协作：医生可以利用增强现实技术，轻易地进行手术部位的精确定位。由于成像技术在医疗方面的普遍应用，增强现实技术也发展成为辅助医疗的一种重要手段，在医学领域得到广泛应用，它可作为一种可视化的手术辅助工具，用图像来指导外科手术的完成。使用表面感应器，像MRI，CT实时地搜集病人的三维数据信息，实时地绘制成相应的图像，融合到对病人的观察中。协助医生在可视化环境下精确完成手术，赋予医生“透视功能”，使医生更加具体地了解病人体内的情况从而确定手术的精确位置。它将人体结构解剖研究的数据可视化，并准确地显示在患者的相应位置，使医生可以清晰地看到患者病灶位置的全景情况，这样不仅可以帮助实习医生详细了解患者的解剖结构，并且可以在技术条件理想的情况下帮助手术医生准确定位手术部位，增强现实技术可以使医生只需要很小，甚至不需要任何手术切口。可见增强现实技术在医学领域的应用对提高医学水平和临床技能有着重要作用。病理分析; 医生在分析探讨并病情时，可通过增强现实技术来直观的得到更多病情信息，使得医疗工作者能更好的做出病情的判断。譬如将病变器官以虚拟图像的方式呈现出来，使得医生观察更加直接，较易分析病情原理。并可给出更多的病患身体状况信息，结合病患身体外部与内部的信息，使得医生能更准确、更快速地做出诊断。工业维修领域： 大型复杂机械的组装、维护和检修是AR技术另一个具有广阔应用前景的领域。在大型机械装配过程中，经常性地查看大量的技术手册和说明，影响装配的效率。利用AR技术可以将大量的注释注解绘制成D图形重叠在机械上，这些由计算机生成的图像和附加的文字比安装手册更加生动，对技术人员的指导更加清楚直观，利于简化技术人员的工程难度，提高技术人员的工作效率及完成质量。日常生活中： 图2.1 增强现实技术实现试衣服较为典型的是物体摆放规划。通过将虚拟的物体叠加到现实的画面中去，可以得到物体的摆放效果。例如家具的排放，和室内装修设计时房间的布局。举个日常的例子，人们逛街的时候有没有试过看中了很多件衣服，可是却不好意思跟售货员说你全部想试一下。或许你根本也没有这么多时间把所有衣服都换上。通过增强现实技术可以做都“虚拟试衣”，这一的概念很早就已经存在，可是当时技术还未跟上，以至试衣体验未能如意。但今天我们的科技发展迅速，不只可以做到面部识别，体感识别亦已经做得相当准确。工业领域：指导机械装配 通过利用增强现实技术，可以形成增强现实装配系统。在机械装配时能引导指挥装配人员对机械进行更加有效率的装配。当目标扫面到目标物时会通过一定的手段调配出装配指导，标记处器件装配点，并规划处安装路线，以引导装配工作人员能快速且准确地装配机械期间。工业产品设计 在以往工业产品设计时，设计信息主要表现形式为图纸、数据、以及平面或者3D的设计图，这些信息虽然能从各个方面向人们展示了产品的规格以及形状特点，但在产品真正生产出来之前，人们还是无法直接的看到产品真正的使用情况。通过增强现实技术，人们可以模拟出产品在真实生活中的使用价值、实用性和使用时的状况。以此来判定一件产品的使用价值以在设计时能不断地修改产品设计方案。工业产品维修与使用利用AR技术可以将大量的注释注解绘制成3D图形重叠在机械上，这些由计算机生成的图像和附加的文字比安装手册更加生动，对技术人员的指导更加清楚直观，利于简化技术人员的工程难度，提高技术人员的工作效率及完成质量。图2.2 增强现实在工业设计方面的应用第二节 Android平台介绍一、 硬件开发平台 智能移动终端设备的性能近年来有了极大的发展，外形更加轻薄便携，处理器性能普遍更加强大，其它诸如操控性、摄像功能以及显示性能等均有很大的提升，智能移动终端已经成为名副其实的掌上计算机。现在市场上比较成熟的有两大移动终端操作系统平台，Apple公司的iOS 和Google公司的 Android，二者占据了绝大部分的市场份额，另外微软的 Windows也在慢慢进入用户的视野。 iOS 是运行于 iPhone、iPod touch 以及 iPad 设备的移动设备操作系统，它管理设备硬件并为手机本地应用程序的实现提供基础技术。它有一个基于微内核Mach 的Darwin内核，有一个叫做 Cocoa Touch 的运行时，用的是 Objective-C 这个 C 语言的超集。该系统是一个封闭的生态圈，Apple 公司的一系列产品素来以封闭著称，系统没有公开源码，所有的开发者都要遵从 Apple公司的规则，在有限的权限内做应用开发。而 Android则是以开放、通用、移植性强闻名，Android 是 Google 公司于 2007 年发布的由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成开源移动终端开发平台，号称首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。Android 在 Linux 内核之上，集成了一个 Java 虚拟机Dalvik，整个应用层跑在虚拟机之上，而开发语言用的是 Java。其平台的特殊架构，对内存能够高效利用，在低速 CPU 上可以发挥出高效的性能，再加上新一代移动终端硬件的发展，图形处理芯片性能大幅提升。Android 智能设备是比较适合开发增强现实应用的移动设备，其采用 ARM6/7 架构的 CPU 和新型图形处理器，并且拥有高分辨率的前、后置摄像机，以及三轴加速器和 GPS 模块等高性能硬件，以及对 OpenGL ES 的很好支持非常适合移动增强现实系统的研究和开发。 通过以上的介绍和对比分析，Android 平台相较于 iOS 由于公开源码，完全开放，可以根据需要进行功能的定制，甚至进行系统级别的功能裁剪和优化。2、 软件开发环境Android系统架构可以分为四层，从底部到上层每一层都将接口提供给上一层。如图所示：从上至下依次是Linux内核、中间件、应用层许框架、应用程序。Linux内核: Android架构的底层为linux内核，实际上Linux之上应该还有一层硬件抽象层，Android系统运行于linux之上，但是linux系统受GNU协议约束，所以Android把这受约束的部分独立出来，形成硬件抽象层。硬件抽象层中包含了硬件运行Android系统所需要的驱动，包括摄像头、闪存、电源、显示、wifi等，这些驱动都要在硬件驱动层实现。我们把linux内核和硬件抽象层统称为linux内核层。中间件: 中间件包括系统的核心库和Android运行时环境(Libraries&Android Runtime) 核心库允许设备能够操纵不同类型的数据。这些库用c+语言编写，为硬件提供了描述。 核心库有以下几个关键的库:Surface Manager, Media framework, SQLite,Webkit和OpenGL。 Surface Manager是核心库中负责界面显示的模块，Surface Manager的作用是用来协调窗口管理器和屏幕缓冲区，用户绘制的图形会先存放在屏幕缓冲区中，当程序在前台运行需要显示界面时才会给予显示。 Media framework提供了不同多媒体格式的解码以供多媒体文件的播放。 SQLite是Android中用作数据存储的数据库引擎。WebKit是用来显示HTML内容的浏览器引擎。 OpenGL是一组2D和3D的图形库，用来渲染2D和3D图像。 Android运行时环境包括了Java核心库和DVM虚拟机。 DVM虚拟机的全称是Dalvik Virtual Machine, DVM也是一种JVM C Java虚拟机)，它对原有的JVM进行了功耗和内存消耗等方面的优化，使得程序可以满足移动平台的能耗和功耗需求。DVM运行的文件格式是“.dex”文件，“.dex”文件是在编译的时候由“.class”文件生成的，但是它更加地