【AR实验室】ARToolKit之概述篇

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0x00 - 前言


我从去年就始于英文对AR(Augmented Reality)技术比较关注,可是 我去年AR行业总是居于偶尔发声的情况报告,丝毫这么 其"异姓同名"的兄弟VR(Virtual Reality)火爆。至于MR(Mixed Reality)更像是Google Glass事情之后 对AR的洗白。可是 我今年AR行业出了件大事,没错,别左右看后,说的前要你在 —— Pokemon GO。暂且不讨论这款游戏是前要AR游戏,毕竟争议挺大,可是 我这款游戏我我确实是让AR火了一把。AR应用开发貌似前要了燎原之势。

0x01 - AR技术定义


目前对AR技术的常见理解可是 我CV(Computer Vision)+CG(Computer Graphic)。CV的法律法律依据所以,简单些比如FREAK+ICP(ARToolKit中的NFT),繁杂些可是 我SLAM(Magic Leap)。CG就没你许多好说的,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。从你许多点上来说Pokemon GO我我确实这么 算作AR游戏,毕竟人家可是 我基于LBS的。

知乎上另另一两个 多话题 - 让我给大伙儿 说下AR的昨天今天明天都前要吗?欢迎一起去讨论 关于未来的AR特征?后边提到了AR某种被广泛接受的定义:

1. 某种是Paul Milgram和Fumio Kishino于1994年定义的“现实-虚拟连续体”。大伙儿 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),而居于后边的偏离 叫做混合实境。

2. 另外某种定义是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另另一两个 多具体特征: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/53058935

来源:知乎

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由于从这另另一两个 定义来说,Pokemon GO也是都前要算某种简单形式的AR游戏,共要给人在感官上的体验是符合AR的。其我确实我知道所以人认为下面原本才叫AR……可是 我大伙儿 还是要有信心的嘛!

这里我表达一下我所有人 对AR的看法:

不管是vision based还是LBS,AR在技术上的目标我我确实可是 我建立另另一两个 和现实场景1:1的虚拟世界。从CG的深度,AR最关键的技术点是建立另另一两个 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)。这么 vision based的法律法律依据目前都前要做到对于由于注册过的识别对象,是都前要获取到它在相机坐标系中的位姿信息。而LBS的法律法律依据更符合一般CG开发的流程,首先利用GPS建立另另一两个 世界坐标系,就都前要获取到每个物体在世界坐标系的位置(包括相机),原本你就都前要将你许多物体转化到相机坐标系中,思路差太大是原本,可是 我精度上居于一定难题。目前给AR下另另一两个 精准的定义还太早,我认为用户感官上我确实是虚实融合就都前要否有AR。

0x02 - AR技术现状


我确实后边提到了所以次Pokemon GO,可是 我LBS的AR系统并前要让我研究的重点,毕竟从目前来看vision based的AR系统才是主流。可是 我局限于我所有人 的见识,只使用过Vuforia、EasyAR、ARToolKit。大伙儿 有兴趣话语,都前要看一下知乎上的讨论 - 有你许多比较优秀的AR开源项目,由于SDK?

Vuforia沒有说,商业SDK,支持的特征也比较多,好像都前要支持3D Object Tracking,具体支持到你许多程度,还这么 尝试,大伙儿 感兴趣都前要登录Vuforia官网。EasyAR是国内的一款SDK,AR识别性能还是要赞另另一两个 ,大伙儿 都前要去看EasyAR官网视频,还是很真实地反映了其性能(不像Magic Leap之后 那个鲸鱼的视频),所有人 还是很看好的,比起Vuforia最大优势是免费使用时不前要水印(^_^;)。而ARToolKit相对上述另另一两个 SDK在识别性能和特征上表现的前要很突出,可是 我ARToolKit胜在开源,由于你前要做许多AR业务扩展,而Vuforia和EasyAR这么 满足你,ARToolKit是另另一两个 很好的选泽。可是 我AR其中另另一两个 趋势可是 我集成到现有App中,这么 使用Vuforia和EasyAR的代价就比较大了。另外作为另另一两个 学生,抱着研究学习的心态,ARToolKit就再共要不过了。

所之后 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系统核心思路是原本的:

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),获取到由于相机制造工艺偏差而造成的畸变参数,也可是 我相机内参(intrinsic matrix),来复原相机模型的3D空间到2D空间的一一对应关系。这对后边的特征提取步骤有很大作用。

2. 根据相机某种的硬件参数,大伙儿 都前要计算出相应的投影矩阵(Projection Matrix)。

3. 对待识别的自然图片(也可是 我任意的一张二维图片)进行特征提取,获取到一组特征点{P1}。

4. 实时对相机获取到的图像进行特征提取,也是一组特征点{P2}。

5. 使用ICP(Iterative Closest Point)算法来迭代求解这两组特征点的RT矩阵(Rotation&Translation),即Pose矩阵,也可是 我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),就都前要进行图形绘制了。

0x04 - ARToolKit支持特征


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

  • 自然图片防止

你许多应用比较广泛,对用户的限制也会小所以。不过最好使用许多特征比较明显的图像,效果会更好。

  • Marker/MultiMarker

这是某种经过特殊防止的图像,前要在边缘包囊邮寄两层,最外侧是包囊邮寄了白色/浅色边缘,内侧是包囊邮寄了黑色边缘,大伙儿 猜能够猜出来原本做主可是 我提高识别度,一起去也方便计算Pose(由于都前要直接提取边缘来计算Pose)。如下图:

  • 2D BarCode(二维码)

你许多没你许多好说的,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,你也都前要使用OpenGL ES进行绘制。毕竟大伙儿 只前要获取到了MVP矩阵,理论上绘制偏离 是都前要详细分开的。

0x05 - 参考资料


  • 让我给大伙儿 说下AR的昨天今天明天都前要吗?欢迎一起去讨论 关于未来的AR特征?
  • 有你许多比较优秀的AR开源项目,由于SDK?