计算机科学丛书增强现实:原理与实践

本书特色

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随着真是世界中计算机生成的信息越来越多，增强现实可以更加方便、高效地增强人类的感知能力。这个快速发展的领域要求学习者掌握多学科知识，包括计算机视觉、计算机图形学、人机交互等。本书将这些知识有机融合，形成了一套适合初学者掌握的知识体系，从技术、方法、应用的角度全面了解增强现实这一激动人心的领域。

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内容简介

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本书基于作者20余年的AR理论和应用的研究,从技术和HCI的角度介绍AR。 本书内容涵盖AR的理论知识和相关案例，主要内容包括显示和跟踪技术、标定与注册技术、视觉一致性、交互、建模、开发、AR软件架构，既有AR发展历史的详细介绍，又有对AR技术脉络的梳理与展示，适合作为高校增强现实相关课程的教材，以及增强现实研究者、技术人员的参考书。

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作者简介

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迪特尔·施马尔斯蒂格（Dieter Schmalstieg） 奥地利格拉茨理工大学教授，计算机图形学和视觉中心主任。他是IEEE高级会员、奥地利科学院会员以及欧洲科学院会员，目前已发表论文300余篇，并担任《IEEE可视化和计算机图形学会刊》等核心期刊或论文集的编辑。2002年获得奥地利科学基金会START Career奖，2012年获得IEEE虚拟现实技术成就奖。

托比亚斯·霍勒尔（Tobias Höllerer） 加州大学圣芭芭拉分校计算机科学系教授，Four Eyes实验室主任。曾获得美国NSF授予的CAREER奖，并于2013年获得ACM杰出科学家称号。他曾担任IEEE VR 2015、ICAT 2013等重要国际会议的程序委员会主席，并多次荣获*佳论文奖。

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目录

出版者的话前言致谢第1章　增强现实介绍 11.1　定义和范围 11.2　增强现实简史 21.3　示例 81.3.1　工业和建筑业 81.3.2　维修和培训 101.3.3　医疗 111.3.4　个人信息显示 121.3.5　导航 131.3.6　电视 141.3.7　广告和商务 151.3.8　游戏 171.4　相关领域 171.4.1　混合现实连续体 181.4.2　虚拟现实 181.4.3　普适计算 181.5　小结 20第2章　显示 212.1　多模态呈现 212.1.1　听觉呈现 212.1.2　触力觉呈现 222.1.3　嗅觉和味觉呈现 232.2　视觉感知 242.3　需求与特点 252.3.1　增强方法 252.3.2　单视和体视 272.3.3　调焦 282.3.4　遮挡 302.3.5　分辨率和刷新率 312.3.6　视场 322.3.7　视点偏移 332.3.8　亮度和对比度 352.3.9　扭曲和畸变 362.3.10　延迟 362.3.11　人因工程学 362.3.12　社会接受度 362.4　空间显示模型 372.5　视觉显示 382.5.1　近眼显示器 392.5.2　手持式显示器 462.5.3　固定式显示器 472.5.4　投影式显示器 522.6　小结 56第3章　跟踪 573.1　跟踪、标定和注册 573.2　坐标系 583.2.1　模型变换 593.2.2　视图变换 593.2.3　投影变换 593.2.4　参考帧 593.3　跟踪技术的特点 603.3.1　物理现象 603.3.2　测量原理 603.3.3　测量的几何属性 613.3.4　传感器布置 613.3.5　信号源 613.3.6　自由度 623.3.7　测量坐标 623.3.8　空间传感器布置 623.3.9　工作区范围 633.3.10　测量误差 633.3.11　时间特性 643.4　固定跟踪系统 643.4.1　机械跟踪 643.4.2　电磁跟踪 653.4.3　超声波跟踪 663.5　移动传感器 663.5.1　全球定位系统 673.5.2　无线网络 683.5.3　磁力仪 683.5.4　陀螺仪 693.5.5　线性加速度计 693.5.6　里程表 703.6　光学跟踪 703.6.1　基于模型跟踪与无模型跟踪 713.6.2　照明 713.6.3　标志点与自然特征 733.6.4　目标识别 773.7　传感器融合 793.7.1　互补传感器融合 793.7.2　竞争传感器融合 793.7.3　协作传感器融合 803.8　小结 81第4章　增强现实中的计算机视觉 824.1　标志点跟踪 834.1.1　摄像机表示 844.1.2　标志点检测 854.1.3　单应位姿估计 874.1.4　位姿优化 904.2　多摄像机红外跟踪 904.2.1　斑块检测 914.2.2　建立点对应关系 914.2.3　双摄像机的三角测量 924.2.4　两台以上摄像机的三角测量 934.2.5　包含球体标志物的目标匹配 934.2.6　绝对朝向 944.3　自然特征检测跟踪 944.3.1　兴趣点检测 954.3.2　创建描述符 984.3.3　匹配描述符 994.3.4　n点透视位姿 994.3.5　鲁棒的位姿估计 1004.4　增量跟踪 1014.4.1　主动搜索 1024.4.2　Kanade-Lucas-Tomasi跟踪 1024.4.3　零归一化交叉相关 1034.4.4　分层搜索 1044.4.5　联合检测与跟踪 1054.5　同时定位与地图构建 1064.5.1　本质矩阵的五点算法 1074.5.2　集束调整 1084.5.3　并行跟踪与地图构建 1084.5.4　重定位与闭环 1094.5.5　稠密地图构建 1104.6　户外跟踪 1124.6.1　可扩展的视觉匹配 1134.6.2　传感器先验信息 1144.6.3　几何先验信息 1154.6.4　同时跟踪、地图构建及定位 1164.7　小结 120第5章　标定与注册 1215.1　摄像机标定 1215.1.1　摄像机内参 1215.1.2　校正镜头畸变 1225.2　显示器标定 1235.2.1　单点主动对准法 1255.2.2　使用指向装置的头戴式显示器标定 1265.2.3　手–眼标定 1275.3　注册 1295.3.1　几何测量失真 1295.3.2　误差传播 1295.3.3　延迟 1305.3.4　滤波和预测 1305.4　小结 131第6章　视觉一致性 1326.1　注册 1326.2　遮挡 1346.2.1　遮挡细化 1356.2.2　概率遮挡 1366.2.3　无模型遮挡 1366.3　光度注册 1386.3.1　基于图像的光照 1396.3.2　光探针 1406.3.3　离线光照采集 1426.3.4　基于静止图像的光度注册 1426.3.5　基于镜面反射的光度注册 1426.3.6　基于漫反射的光度注册 1436.3.7　基于阴影的光度注册 1446.3.8　室外光度注册 1456.3.9　重建精确光源 1456.4　通用光照 1456.4.1　差分渲染 1466.4.2　实时全局光照 1476.4.3　阴影 1486.4.4　漫射全局光照 1506.4.5　镜面全局光照 1526.5　消隐现实 1536.5.1　感兴趣区域的确定 1536.5.2　隐藏区域的观察与建模 1546.5.3　感兴趣区域的移除 1546.5.4　基于投影的消隐现实 1556.6　摄像机仿真 1556.6.1　镜头畸变 1566.6.2　模糊 1576.6.3　噪声 1576.6.4　渐晕 1586.6.5　色差 1586.6.6　拜耳模式伪影 1586.6.7　色调映射伪影 1586.7　风格化增强现实 1596.8　小结 159第7章　情境可视化 1617.1　挑战 1627.1.1　数据过载 1627.1.2　用户交互 1637.1.3　注册误差 1637.1.4　视觉干扰 1637.1.5　时间一致性 1647.2　可视化注册 1657.2.1　本地注册情境可视化 1657.2.2　全局注册情境可视化 1657.2.3　注册不确定性 1667.3　注释和标记 1667.3.1　标记基础 1667.3.2　优化技术 1677.3.3　时间一致性 1687.3.4　图像导引放置 1707.3.5　易读性 1707.4　X射线可视化 1717.4.1　物体空间幻影 1717.4.2　图像空间幻影 1727.4.3　G缓冲器实现 1737.5　空间操作 1747.5.1　爆炸图 1747.5.2　空间扭曲 1767.6　信息过滤 1777.6.1　基于知识的过滤 1777.6.2　空间过滤 1777.6.3　基于知识的过滤与空间过滤的结合 1797.7　小结 180第8章　交互 1818.1　输出模态 1818.1.1　增强放置 1818.1.2　灵巧显示 1828.1.3　魔镜 1848.2　输入模态 1868.2.1　刚体的跟踪和操控 1868.2.2　人体跟踪 1878.2.3　手势 1888.2.4　触控 1898.2.5　基于物理的界面 1908.3　有形界面 1918.3.1　有形表面 1918.3.2　通用有形物体 1918.3.3　特定有形物体 1928.3.4　透明有形物体 1948.4　真实表面上的虚拟用户界面 1958.5　增强纸 1968.6　多视界面 1978.6.1　多显示焦点 上下文 1978.6.2　共享空间 1978.6.3　多位置 1988.6.4　跨视图交互 2008.7　触力觉交互 2018.8　多模态交互 2028.9　会话代理 2038.10　小结 205第9章　建模与注释 2069.1　指定几何 2069.1.1　点 2069.1.2　平面 2089.1.3　体 2089.2　指定外观 2099.3　半自动重建 2109.4　自由曲面建模 2139.5　注释 2149.6　小结 216第10章　开发 21710.1　增强现实开发的需求 21810.1.1　真实世界界面 21810.1.2　硬件抽象 21810.1.3　开发流程 21910.2　开发要素 21910.2.1　角色 22010.2.2　故事 22010.2.3　舞台 22010.2.4　交互 22010.2.5　设置 22010.3　独立开发方法 22110.3.1　桌面开发 22110.3.2　表演开发 22310.4　插件方法 22310.5　网络技术 22410.6　小结 225第11章　漫游 22711.1　人类漫游基础 22711.2　探索与发现 22811.3　路线可视化 22811.4　视点导航 23011.4.1　目标对象导引 23011.4.2　目标视点导引 23211.5　多视角 23311.5.1　同步多视角 23311.5.2　过渡接口 23511.6　小结 236第12章　协作 23712.1　协作系统特性 23712.2　同地协作 23812.2.1　个人显示器与视图 24012.2.2　目光感知 24112.2.3　共享空间内的敏捷协作 24212.3　远程协作 24312.3.1　视频共享 24412.3.2　包含虚拟物体的视频共享 24412.3.3　包含几何重建的视频共享 24612.3.4　指向和手势 24712.3.5　包含敏捷用户的远程协作 24712.4　小结 248第13章　软件架构 25013.1　增强现实应用程序的要求 25013.1.1　环境控制和场景动态 25013.1.2　显示空间 25113.1.3　虚实一致 25113.1.4　语义知识 25113.1.5　物理空间 25113.2　软件工程要求 25213.2.1　平台抽象 25213.2.2　用户界面抽象 25213.2.3　重用性和扩展性 25313.2.4　分布式计算 25313.2.5　解耦仿真 25313.3　分布式对象系统 25313.3.1　对象管理 25413.3.2　案例学习：“绵羊” 25513.4　数据流 25613.4.1　数据流图 25713.4.2　多模态交互 25713.4.3　线程和调度 25813.4.4　案例学习：可穿戴的增强现实装置 25913.5　场景图 26113.5.1　场景图的基本原理 26113.5.2　依赖图 26213.5.3　场景图集成 26213.5.4　分布式共享场景图 26413.6　开发者支持 26513.6.1　参数配置 26513.6.2　脚本声明 26513.6.3　案例学习：增强现实导游 26713.6.4　程序脚本 26713.6.5　混合语言编程 26813.6.6　运行时重配置 26813.6.7　选择一种增强现实平台 26913.7　小结 269第14章　未来 27114.1　商业案例驱动力 27114.1.1　专业用户 27114.1.2　普通消费者 27214.2　增强现实开发者的愿望清单 27214.2.1　摄像机底层API 27314.2.2　多摄像机 27314.2.3　大视场摄像机 27314.2.4　传感器 27314.2.5　统一内存 27414.2.6　移动GPU上的并行编程 27414.2.7　更好的显示设备 27414.3　户外增强现实 27514.3.1　非合作用户 27514.3.2　有限的设备能力 27514.3.3　定位成功率 27614.4　与智能对象交互 27614.5　虚拟现实与增强现实的融合 27714.6　增强人 27714.7　作为戏剧媒介的增强现实 27814.8　作为社交计算平台的增强现实 27914.9　小结 280参考文献 281

封面

书名:计算机科学丛书增强现实:原理与实践

作者:[奥]迪特尔·施马尔斯蒂格（Dieter

页数:356

定价:¥99.0

出版社:机械工业出版社

出版日期:2019-12-01

ISBN:9787111643036

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