专利名称：基于多个固定摄像机的增强现实飞行模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种飞行模拟器，尤其是涉及一种利用多个固定位置摄像机 拍摄真实场景的增强现实飞行模拟器。
技术背景飞行模拟器是针对使用者所需要驾驶的飞机型号而设计的模拟执行飞 行任务的装置。其主要功能是在地面模拟空中的飞行条件和真实飞机的运动 状态，为使用者提供运动感觉、视觉、听觉和操纵负荷等各种感觉，使用 者会有身临其境如真实驾驶飞机一样。基于增强现实的飞行模拟器克服了传统模拟器造价昂贵，结构复杂，不 易普及等缺点，实现了轻量型，低成本的目标。基于增强现实的飞行模拟器 依据所采用显示设备的不同主要分为两类光学透视式和视频透视式。其中， 光学透视式中的真实场景透过头盔上的半透半反玻璃直接进入使用者的视 野，跟踪器跟踪使用者头部姿态计算虚拟场景的位置，将虚拟场景与真实场 景进行叠加实现增强现实的效果。视频透视式模拟器中的使用者处在一个完 全沉浸的环境中，头盔前部安装场景摄像机用以拍摄真实场景的图像，图像 传入计算机与虚拟场景融合后显示在头盔显示器中。目前这两种方式虽然克 服了传统模拟器的一些缺点，但在系统的注册配准方面都存在共同的困难。 由于跟踪装置只是用来跟踪使用者的头部姿态，所以虚拟场景的位置可以准 确计算，但虚拟场景与真实场景之间没有配准，为了使系统实现虚实融合， 必须在真实场景中增加标志点，在头盔上除了加装场景摄像机外还需加装一 个配准摄像机，从而实现虚实配准。系统使用时使用者头部是可以自由运动 的，为了在头部运动的各个位置都能准确进行配准，真实场景中需要布置数 量众多的标志点。这样做在增加系统复杂程度的同时，影响了系统的外观。
发明内容
为了克服现有基于增强现实技术的飞行模拟器配准方面的缺点，本发明 利用多个固定位置的场景摄像机拍摄真实场景，将各个摄像机拍摄的图像拼 接获得真实场景的图像，拼接得到的图像直接与虚拟场景进行融合。解决了 虚实配准的问题，大大提高了配准精度。
本发明的技术方案是根据所需跟踪的场景范围大小，采用若干个场景 摄像机，将摄像机统一安装在支架上，悬挂于使用者头部附近，使得摄像机 能够从和使用者视点相近的位置将真实场景全部拍摄到。跟踪使用者头部姿 态的摄像机安装在头部上方。多个场景摄像机拍摄到的图像同时传入计算 机，计算机根据每个摄像机拍摄到的内容从中裁剪出所需要的部分，直接将 其叠加到虚拟场景的对应位置，实现虚实配准和融合。
图1为本发明基于多个固定摄像机的增强现实飞行模拟器示意图； 图2是多个摄像机安装示意图中l一模拟器舱体、2 —跟踪装置、3 —头盔显示器、4一固定位置摄 像机、5 —卡盘支架。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施 例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明的核心内容是，使用多个固定位置摄像机拍摄真实场景，以获得 使用者头部在各个视点所能看到的全部真实场景图像。通过计算机对拍摄到 的图像进行选择和裁剪，处理的结果直接与虚拟场景进行叠加，实现虚实融 合和配准。参照图l，基于多个固定摄像机的增强现实飞模拟器主要分为三个部分: 模拟器舱体l，跟踪装置2、头盔显示器3和固定位置摄像机4。
模拟器舱体1为真实飞机的模拟机舱，舱内构造与真实飞机一致。跟踪 装置2为一台跟踪摄像机，用于跟踪使用者的头部姿态。头盔显示器3为系 统的显示设备，用于将虚实融合后的图像呈现给使用者。由一个或多个固
定位置的场景摄像机组成固定位置摄像机4，用来拍摄整个真实场景。
图2是多个摄像机安装示意图。在圆形卡盘支架5上打孔或者采用其 他方式将多个摄像机固定在卡盘支架上，将固定后的卡盘支架5及摄像机悬 挂于使用者头部附近。图l所示的使用实例中，多摄像机结构由四个场景摄 像机组成，它们各自拍摄机模拟器机舱内的不同位置。前方一个摄像机拍摄 机舱仪表，后方并排三个摄像机分别拍摄使用者左手边的按键、舱体内部和 使用者右手边的按键。
根据对本发明的上述描述，本发明能够有效的解决基于增强现实的飞行 模拟器的虚实配准问题，实现准确实时的虚实融合。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一 步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不 用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于多个固定摄像机的增强现实飞行模拟器，该模拟器包括多个固定摄像机组成的真实图像采集装置，模拟真实飞机操作环境的模拟器舱体，用于跟踪使用者头部的运动姿态跟踪装置，用于显示虚实融合的最终图像头盔显示器，其特征在于根据所需跟踪的场景范围大小，采用多个固定位置的摄像机组成的摄像机组拍摄真实场景，跟踪装置跟踪使用者的头部运动姿态后计算虚拟场景的准确位置，将多个固定摄像机拍摄的真实背景与计算后的虚拟场景融合，通过头盔显示器将最终融合的图像呈现给使用者，实时获取真实场景的图像。
2. 根据权利要求1所述的基于多个固定摄像机的增强现实飞行模拟器，其特征在于将多个场景摄像机统一安装在卡盘支架上，悬挂于使用者头部 附近，使得摄像机能够从和使用者视点相近的位置将真实场景全部拍摄到。
3. 根据权利要求2所述的基于多个固定摄像机的增强现实飞行模拟器，其特征在于在卡盘支架上采用打孔或者其他方式固定多个摄像机。
全文摘要
本发明为一种基于多个固定摄像机的增强现实飞行模拟器。该发明包括模拟器舱体，跟踪装置，头盔显示器和多个固定位置的摄像机。多个固定摄像机用于拍摄真实场景，通过计算机对拍摄到的画面进行选择和裁剪，其结果作为虚实融合过程中的真实场景。跟踪装置用于跟踪使用者的头部姿态，计算虚拟场景的准确位置。头盔显示器用于显示最终的虚实融合的图像。
文档编号G09B9/02GK101231790SQ20071030360
公开日2008年7月30日 申请日期2007年12月20日 优先权日2007年12月20日
发明者越 刘, 林 李, 王涌天, 翁冬冬 申请人:北京理工大学