翟 涛，杜庆东

（沈阳师范大学软件学院 辽宁 沈阳 110034）

遥感方向的增强现实软件技术研究

翟 涛，杜庆东

（沈阳师范大学软件学院 辽宁 沈阳 110034）

增强现实技术是将计算机渲染生成的虚拟场景和真实世界中的实际场景无缝结合起来的一种全新技术。得益于计算机技术的高速发展，人们通过计算机与世界交流和接触的实际愿景更加需要实践发展的机会，因而增强现实技术便是在这样的现实环境中获得了较大的发展，增强现实作为下一代人机交互的重要发展方向，具备很好的研究价值。文章从增强现实软件的现实发展状况入手并整合遥感方向的相关应用进行了基于遥感的增强现实软件技术的研究，旨在为增强现实技术的发展提供全新的方向。

增强现实技术；遥感；虚拟现实

增强现实技术以其能将计算机虚拟场景和实际场景相结合的功能而成为现代人机交互技术发展的革命性突破，该技术的应用为计算机与空间信息的交互发展提供了更大的空间，也使人对于计算机技术的应用有了更深的体验，在1966年由Ivan Sutherland发明的头盔显示器获得实际应用之后，虚拟现实系统便获得了不断地发展。近年来，随着计算机图形图像学的研究深入以及计算机数字科学的发展使得虚拟现实技术不断发展，同时以日常使用为主要用途的增强现实型产品也屡见不鲜，这都预示着一个全新的移动信息时代的开启，而与此同时，增强现实软件技术的研究领域也不断扩展，遥感与增强现实技术的结合便是这样一个全新的尝试。

1 遥感与增强现实技术的概述

1.1 遥感技术的定义

遥感是一种非接触的，具有远端探测能力的科学技术。一般指的是运用空间传感器或者遥感器接收来自物体的电磁波辐射信号，以获取被侦测物体的相应信息的技术。遥感的应用以地球科学、计算机科学和现代化互联网为主要载体，对于被侦测物体的相关性质有良好的呈现能力。遥感经过无记录地面遥感、有记录地面遥感、空中摄影遥感阶段、现代遥感发展等几个阶段不断发展和革新，在使用的设备和探测的准确性上有了良好的提升，同时对于可探测物的范围和距离也都有了一定程度的提升。遥感科学对我国气象、地理、防灾减灾等工程研究领域的贡献十分巨大，通过不断加强空间遥感影像的分辨率最终将形成良好的探测科学与地理科学的发展进步局面。

1.2 增强现实技术的定义

增强现实技术拥有两种较为通用的定义，其中一种定义来自于1994年Paul和Fumio提出的“现实—虚拟连续体”这一定义描述的是虚拟物体与真实相结合的显示环境，这一定义将真实环境和虚拟环境分为两极，其中靠近真实环境的一端叫作增强现实，而靠近虚拟的一端被定义为增强虚拟。

第二种定义是根据增强现实技术的3种具体特征来定义的，这一定义在1997年由北卡罗来纳大学的Ronald提出，虚实结合、三维注册、实时交互是这一技术突出的特点，根据其特点可以进行如下的定义：增强现实技术就是对真实与虚拟环境的融合，并加强人们对主观意识上的现实场景的注意力，提升感官综合作用特性，实现现实与虚拟环境的交融与沟通。

根据以上定义可以看出，虽然增强现实是从虚拟现实的概念之中得到发展的，然而却与虚拟现实有较大的不同，虚拟现实利用虚拟物体和环境的模拟使得感受者仿佛身临其境，而增强现实技术则侧重于对人的实际现实感受的增强。

1.3 增强现实技术的应用

增强现实技术以其卓越的应用优势已逐渐为众多行业所使用和进行创新性研究，比如房地产、商场、数码、教育出版等行业或企业进行相关的产品展示、理念阐述等。在很大程度上与公众形成了良好的互动与交流体验，让参与者能够实现实时互动和良好的信息沟通渠道。因为其具有良好的交互性和信息承载性的特点使得传统的用作信息展示的数字化平台即平面显示系统的应用缩小，而增强现实技术使得公众接受信息的维度从2D变为了3D，形成了立体式的信息接纳体系，从而获得一种良好的视觉体验，提高商品信息的丰富度。故而目前增强现实软件广泛适用于商场、电子产品营销、楼盘展售等需要较强的互动体验与实景体验的场所。

2 遥感方向的增强现实软件的关键技术

增强现实技术是在计算机图形学、计算机图像处理以及计算机编程原理等科学的基础上发展而来的，由于其实现了真实世界中的虚拟和虚拟平台上的真实体验相结合的功能，故而具备良好的应用前景。而在增强现实的关键技术之中，跟踪注册、显示技术、智能交互技术等都是极为重要的部分。

2.1 跟踪注册技术

应用于增强现实软件之中的跟踪注册技术主要体现为使用摄像机和硬件传感器为主并将其作为主要跟踪对象的技术和将人及其周围的信息作为主要跟踪对象的技术。在该技术实现的过程中，GPS全球定位系统和GIS地理信息系统实现了连接通信模块和数据采集模块的重要功能，其中的核心应用比如：Web-GIS网络地理信息系统。它是一种全球化、集成的客户端、服务器网络系统。在目前的Web-GIS网络地理信息系统开发中，具有多种开发模式，比如：arcGIS api for flex+flexbuilder.以及arcGIS+Silverlight+Vs，arcgis api for javascript+html（本文所述）。在Web-GIS网络地理信息系统软件的后台开发方面，开源的超文本预处理器（Hypertext Preprocessor，PHP）语言、Java语言都很好地解决了Web-GIS网络地理信息系统后台程序的兼容性问题。因而在实际的应用中较少会出现系统无法与计算机匹配的问题，很大程度上解决了增强现实系统的信息交互与多媒体互联应用的问题。

同时，以人为主要跟踪对象的增强现实遥感软件可以遍布到人们生活的各个方面，由于衣食住行都与空间地理数据息息相关，诸如城市公交车站点的查询，公共自行车位置的查询，各种客户端应用的位置服务。这些都是空间地理信息系统对空间数据进行计算输出的结果，而将人作为跟踪对象的增强现实应用会以人为第一视角，通过对其周围景与物、具体地标的分析与测算实现对个人位置的实时界定。

一些主流A P P可以利用应用程序的调用接口（Application Programming Interface，API）数据端口进行相对位置的计算，精确地理信息的输出，甚至可以内嵌地图应用，而这些应用可以全面地支持PC端和移动客户端，这就使增强现实的平台扩展到不同的领域，而不仅是单一的应用于工程、测绘、桥梁、水利等公用项目中，也不单单是科学研究。而可以明确的是方便人的检索和使用是遥感类型的增强现实软件发展的主要方向。

2.2 遥感方向的增强现实软件的显示技术

视觉是人类与外界环境之间最为重要和直接的信息交流方式。因此基于现实并利用遥感技术实现远端信息的现实增强的必须技术之一。显示技术是增强现实软件中的重要技术，常见的显示系统中包括头盔显示器、手持式显示器、投影显示等。

2.2.1 头戴式显示器

头戴式显示器常与基于摄像机原理的增强现实软件技术一同出现，使人感觉到沉浸感。头戴式显示器以视频呈现图像为主，用户通过头盔上一个或数个相机来获取实时图像，并经过计算机处理和虚拟渲染等步骤使得虚拟图像与现实景物贴合，最终在显示器内获得显示。

目前比较成熟的头盔显示器为微软推出的Meta2以及Google公司的光学透视式头盔显示器。在以上产品结合具有遥感功能的增强现实软件进行图像显示时能够更好地保证远端道路、山川在细节上的呈现，并可实现定位和细节检索。

2.2.2 计算机屏幕显示器

计算机屏幕显示器通常具有较高的分辨率和视觉效果，可以满足商业用户的实际需求，比如在办公室环境内对一定距离之外的现实场景进行增强。在该显示器接受到来自遥感信息系统回传的地理图像数据之后即可开始3D渲染和连通平面地图进行重要地理信息的同步标识。通常可以实现较大范围的虚拟物体和场景的渲染还原，同时该平面显示系统的实际造价较低，从而性价比较高。适合在遥感增强现实软件获得大面积开发应用之后进行普及使用，可显著提升信息显示的综合程度和现实感。

2.3 遥感方向的增强现实软件的智能交互技术

为了提升增强现实软件的智能化水平而进行的诸如手势交互、键盘交互、投影交互等手段已经在现实层面上实现了遥感增强现实软件的智能化水平。智能手机的可触控屏幕算是键盘交互的一个增强现实应用。通过一些模拟效果较好的动画或者切换方式来达到用户身临其境的体验的效果。然而始终无法实现真正的“人机交互”。手势交互作为新型交互手段，以人的手作为基本指令源，通过特定的手势来变换或显示三维模拟物体及场景。

3 结语

综上所述，增强现实技术在当今信息化时代的发展不断扩大，2016年7月份，增强现实技术已由Gartner公司认定正式从概念炒作阶段步入商业化运作的准备期。在这一时期进行结合遥感技术与增强现实软件的联合研究更加具有良好的现实意义，同时也可以看到这一应用的现实意义和发展的潜力，而相关的技术研究和综合分析有助于形成系统的理论，帮助遥感增强现实技术实现较快发展。

Research on augmented reality software technology of remote sensing direction

Zhai Tao, Du Qingdong
（Software School, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China）

Augmented reality is a new technology which seamlessly combines the virtual scene generated by computer rendering with the actual scenes in the real world. Thanks to the rapid development of computer technology, practical wish to communicate and interact with the world through computers needs more practical development chance for people, therefore, augmented reality technology has made great progress in such a realistic environment. Augmented reality, as an important development direction of the next generation of human-computer interaction, has a very good research value. This paper starts from the related application of the real development status of augmented reality software and integrated related application of remote sensing direction to study the augmented reality software technology based on remote sensing, to provide a new direction for the development of augmented reality technology.

augmented reality; remote sensing; virtual reality

翟涛（1992— ），男，山西永济人，硕士研究生；研究方向：移动应用开发。