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AR中的視覺一致性,如何實現虛擬物體和真實環境無縫融合

作者:由 VR看世界2016 發表于 易卦日期:2022-12-12

iphone舊換新怎麼換

最近部門來了幾個新同事,

因為

崗位職責中很重要

一部分

是需要工作彙報

所以

我要求他

們先從

ppt開始

,於是問題就出現了。

我們看一個ppt,或者看一款產品,順序都是先外表後內在,先大體瀏覽再細看內容,先不說內容問題,光表面的部分都讓人難以接受,比如前面字型用黑色,後面字型五顏六色;前面幾頁是商務簡練的風格,接下來又是學術型的長篇大論;前面抄了這家的,後面又抄那家的,最後提交上來的最終版本都沒有形成一個統一的風格。

字型、色彩、佈局、元素等等,這些都是細節部分,本身沒什麼問題,放到一起就不協調,出了一致性的問題。

一致性和視覺一致性

一致性本身很好理解,就是整體保持統一的步調,要前後一致。這個概念尤其是在設計領域經常提到。

一致性原則被分為3方面具體要求,分別是視覺一致性、行為一致性和感知一致性。

目前在AR領域,大家最關注的還是視覺一致性問題,至於行為和感知一致性方面沒有太過苛求。

AR技術是一個把虛擬物體和真實物體結合一起來展現的技術,理想的目標是實現虛擬物體和真實環境之間做到無縫完美融合。

我們以全世界最多消費者認可的AR遊戲

《Pokemon go》又名《寶可夢go》為例。這是一款手機AR遊戲,玩家可以拿出自己的手機,用攝像頭掃描

現實世界,可以發現虛擬的物品顯現出來即小精靈,然後進行捕捉、戰鬥以及交換的遊戲。

難點在於虛擬物品和真實環境的融合顯示問題,如下圖中的三個小精靈,顯而易見是虛擬的三維模型,三個背景都是真實環境,這三張圖給我們的感覺是完全可以接受的。如果小精靈出現在大樹後面,或者小精靈的腳沒有接觸地面草坪,你會不會覺得有問題。

AR中的視覺一致性,如何實現虛擬物體和真實環境無縫融合

一個簡單的AR虛實融合的案例 | 圖源網路

為了讓虛擬的三維物體能夠嵌入到真實場景中,我們之前詳細談過位姿的重要性,尤其是在渲染的時候。

影響位姿的各種因素

這裡我們會引入美術方面的術語,學過素描或者繪畫的應該很容易明白,沒學過的也會因為相關的常識有所瞭解。

我們看一張照片或者一幅畫,圖中是有一些門道的。比如:

尺寸:近大遠小。當我們拋球去抓小精靈時,球會變小,小精靈離每個手機使用者的距離不同,在使用者手機顯示的尺寸大小應該也不一樣。

高度:越遠越高。我們的手機螢幕是二維平面,一張畫紙也是平面,離得遠的大樹在影象的高處,離得近的小精靈在影象的下面。

透視關係:比如兩條平行線在遠處相交於一點,但是真實中的平行線永不相交。這是二維影象產生三維效果的根本。

表面細節:離得近的物體能看到更多的表面細節,所以要更精細地刻畫。在AR中衍生出注視點渲染的技術,我們眼睛注視的點附近渲染得更清晰,周圍區域比較模糊。

遮擋關係:距離我們近的物體會擋住距離遠的物體。因為螢幕就是個二維區域,一定會出現非常多的遮擋情況,這是AR中常見的難題。

明暗對比:物體的明暗和光源有關。有虛擬光源的概念,要給予虛擬物體適當的光照來符合真實環境的光照。

陰影關係:物體的陰影投射到其他物體上或者投射到真實環境中。

AR中的視覺一致性,如何實現虛擬物體和真實環境無縫融合

一個簡單的AR虛實融合的案例 | 圖源網路

尺寸、高度、透視關係、遮擋關係屬於幾何特點,明暗關係、陰影關係屬於光學特點,在AR實現的過程中會有相應的處理。

註冊的概念和分類

這個處理的過程,有一個專業術語叫做註冊,註冊指的是虛擬物件和真實物件之間座標系的對準。

我們可以簡單理解為把

物體

放到環境中正確位置。

為了更好地實現虛實融合,AR的渲染過程比傳統的計算機渲染難度大大增加。第一步,是要獲取真實場景的模型;第二步,是在真實場景和虛擬場景之間建立通用的關係,這一步也叫註冊;第三步,將虛擬場景和真實場景融合為一張影象;第四步,也是最後一步,把這張影象顯示給使用者。

註冊的過程涉及到幾個方面,比如物體的形狀結構,這些是屬於幾何特徵,註冊過程叫幾何註冊。物體的材質、環境的光源等等,這些屬於光學特徵,註冊過程叫做光度註冊。

這些下一篇文章再說。