增强现实系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种增强现实(augmented reality)系统。具体地，本公开涉及基于无人驾驶移动物(unmanned moving object)的增强现实标记(marker)。
【背景技术】
[0002]为了集成真实和虚拟世界，已经开发出了 2D增强现实(AR)标记。AR系统通过摄影机识别AR标记的唯一的ID和3D位置，然后将虚拟信息叠加在AR标记上。因此，通过AR标记，用户可以看见叠加在真实世界上的虚拟信息。
[0003]AR是物理、真实世界环境的生动、直接或间接的视图，通过诸如声音、视频、图片或GPS数据的计算机生成的感官输入来增强其要素。换言之，AR通过改善人们的感官和技能来增强具有虚拟信息的真实世界环境。AR将虚拟信息和角色与真实世界混合。本公开主要专注于将虚拟视频或图像信息与真实世界信息相混合，但不限于此。
[0004]从现有技术已知的AR标记通常是纸制的，其所印制的2D编码是非常简单并且易于使用的。例如，从美国2007/0098234A1中已知的是各式各样不同的标记和用于检测标记的对应方法。一种传统的AR标记是所谓的ARTag，参见http://www.artag.net，在2009年2月最后一次更新版本。ARTag是支持增强现实的受托(fiduciary)标记系统。它能够使制造虚拟物体更加容易，游戏和动画开始进入真实世界。ARTag允许视频追踪能力，该追踪能力参照正方形物理标记实时地计算真实照相机位置和定向。一旦真实照相机的位置是已知的，则能够同时放置虚拟摄像机，并且3D计算机图形模型能够精确地叠加在标记上。使用这类2D ARTag或其他2D受托标记(AR标记)不需要像陀螺仪或磁性追踪器的专用感测设备。因此，不仅对研宄投影而且对类似苹果和安卓应用程序的消费服务和投影是有用的。
[0005]2D AR标记的应用程序具有两个限制:一个限制是在AR标记与用户之间的关系保持与AR标记实质上相同，AR标记被印制或定位在静止的二维的纸片上。这意味着用户需要发现包括布置在其上的AR标记的纸、接近它并且利用照相机设备获取其图像以引发交互。同样，通过标记显示的虚拟信息取决于其位置，所以信息不能移动至用户不能获取标记的区域。考虑到游戏、漫画和动画片中的角色(例如，人、生物、机器人和车辆)。它们能够在场景中自由移动并且有时在空中飞行。相反，由于简单的原因阻止了 AR标记的角色的移动。如果用户主要拍摄且跟随角色而不是标记，则当标记离开照相机范围时角色消失。因此，离开运动视点的动画角色与AR之间存在间隙。
[0006]另一局限是虚拟信息的真实性。虚拟信息通常被投影在布置了 AR标记的纸片上。因此，虚拟信息实际上出现在AR标记的上方。用户不能直接触摸该虚拟信息，所以它们接收不到来自角色的反馈；他或她的手指正好穿过该虚拟信息。虽然一些标记具有物理属性，但是它们限于表达大量的VR信息。因此，在AR标记和与其相对应的虚拟信息之间存在间隙。
[0007]美国2009/0195538 Al公开了增强现实方法和系统，该系统包括标记检测单元，该标记检测单元接收来自包括标记的真实环境的图像并且检测被包括在图像中的标记。标记位置提取单元提取所检测到的标记的位置。噪声移除单元从标记位置提取单元提取到的标记的位置信息中移除噪声。包括虚拟物体增强单元的视觉渲染单元增强与标记相对应的虚拟物体，并且将它们输出至标记的位置。运动估计单元估计估计在一个时间步长上的标记的运动，从而基于从噪声移除单元转移的标记的位置信息来执行触觉渲染。碰撞检测单元检测与通过运动估计单元所估计出的标记的位置相对应的虚拟物体是否与触觉设备的端点碰撞。包括反作用力计算单元的触觉渲染单元根据碰撞检测单元的确定来计算通过触觉设备所提供的反作用力。
[0008]美国2009/0195538 Al涉及用于在增强现实中触觉交互的方法和系统。此方法和系统试图从通过图像拍摄设备所拍摄的真实图像中移除噪声，并且使触觉交互中所生成的力的非连续性最小化，从而稳定并且平滑地执行增强现实中的触觉交互。
【发明内容】
[0009]本发明的目标是提供一种改善的增强现实系统。
[0010]根据一方面，提供了一种增强现实系统，包括:
[0011]-无人驾驶移动物；
[0012]-增强现实标记，被布置在所述无人驾驶移动物上或所述无人驾驶移动物内；以及
[0013]-视觉渲染单元，被配置为增强与增强现实标记相对应的虚拟信息并且将所述虚拟信息映射在无人驾驶移动物上。
[0014]根据另一方面，提供了一种具有增强现实标记的无人驾驶移动物，该增强现实标记被布置在所述无人驾驶移动物上或所述无人驾驶移动物内，所述无人驾驶移动物被用于如上所述的增强现实系统中。
[0015]在从属权利要求中定义了优选实施方式。应理解的是，所要求保护的无人驾驶移动物具有与所要求保护的增强现实系统以及从属权利要求所限定的相似和/或相同的优选实施方式。
[0016]本公开的方面之一是使用无人驾驶移动物，该无人驾驶移动物具有布置在其上的AR标记。本文中提出的AR标记能够与无人驾驶移动物一起移动，并且因此能够朝向用户/观测员移动。因此，可以动态地改变用户与AR标记之间的关系。相比于静态的纸类AR标记，将虚拟信息映射在无人驾驶移动物上。因为无人驾驶移动物具有“真实的”物理、三维形状，所以当用户试图触摸虚拟信息时，用户可以具有“真实的”触觉反馈。因此，虚拟信息看起来还具有物理量(physical volume)。与AR标记相对应的虚拟信息被映射在无人驾驶移动物的表面上，即，叠加在无人驾驶移动物的外表面上，类似于3D计算机图形中的纹理映射使虚拟信息可触知(tangible)。因此，可以在用户与虚拟信息之间进行动态和物理交互。
[0017]无人驾驶移动物可以是可借助于一些致动器而移动的任何3D物体。例如，可以实现为无线电控制设备，诸如无线电控制的汽车、船、飞机等。根据实施方式，无人驾驶移动物被实现为遥控飞行物(unmanned flying object，无人驾驶飞行物)。由于其在空中飞行或漂浮的能力，包括布置在其上的AR标记的遥控飞行物还可以被称为“航空标记(Aero-Marker") ”。通过将AR标记附接至遥控飞行物，标记可以在空中自由移动并且飞行。因此，该标记能够接近用户以启动交互。定制设计的飞行物能够很容易地构造为基于它们的形状和行为代表各式各样的物体，诸如漫画和动画角色。根据示例性实施方式，遥控飞行物被实现为具有充气气囊(gas-filledenvelope)的飞艇(blimp)。飞艇能够漂浮在空中并且自由移动。多数人能够通过显示在漂浮的飞艇上的图像和文本来了解事件。布置在飞艇上的AR标记的编码可以包含信息，该信息被用在渲染单元中以增强与AR标记相对应的虚拟信息，并且将所述虚拟信息映射在外表面的至少一部分上或者甚至是在飞艇的整个外表面上。例如，该信息能够通过使用纹理映射而叠加在飞艇的整个表面上，如在3D计算机图形中。因此，能够创建具有虚拟外观和物理特征的唯一物体。与不具有自己的物理外观而只是创建了不具有自己真实物质性(real physicality)的虚拟物体的传统的纸类的静止2D AR标记相比，飞艇物理地存在并且能够被用户触摸。
[0018]基于移动性和物理特征介绍的增强现实系统的方法用于诸如AR游戏和真人大小的VR游戏系统的新型娱乐系统和通信系统。此外，因为能够识别AR标记的ID和位置，所以能够基于用户的位置调整其运动和定向。另外，因为AR标记能够漂浮在头顶上，所以多数能够同时看见并且获得虚拟信息。用户能够与基于飞艇的增强现实系统直接以及间接地交互。用户能够向飞艇移动或飞艇能够根据应用程序和用户的需要而向用户移动。
[0019]应当理解的是，除飞艇之外的遥控飞行物还可以用于根据本公开的系统。无线电控制的直升机系统还使应用本文中所提出的灵活交互(flexible interact1n)的概念成为可能。然而，它们是有噪声的并且移动的同时产生风，所以与非常安静和轻型的飞艇相比，它们难以在室内环境中使用。因为它们需要比飞艇更大的电池功率，所以它们还仅能够飞行几分钟。相比于其，飞艇几乎是无重量的，所以其能够通过仅由一个或多个小型致动器产生的弱的电力来移动。
[0020]应当指出，根据本公开的术语“飞艇”指代任意类型的自由飞行的飞船。其不限于这类飞艇的任何具体类型、形状、颜色或任何特有特性。飞艇可以被理解为使用充气气囊或引起浮力的升降气袋(ballonet)的任意类型的非硬式(non-rigid)、半硬式(sem1-rigid)或硬式(rigid)飞艇。
[0021]应当理解，本发明的前述总体描述和以下详细描述均是示例性的而非限制本发明。
【附图说明】
[0022]当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述将很容易获得并且同样更好地理解本公开的更完整的认识及其许多所伴随的优点，在附图中:
[0023]图1示出了示意性示出根据本公开的增强现实系统的第一实施方式的示例性侧视图，
[0024]图2示出了示意性示出根据本公开的增强现实系统的第二实施方式的示例性侧视图，
[0025]图3示出了根据本公开的增强现实系统的基本设置的示意图，
[0026]图4示意性示出了根据本公开使用虚拟纹理映射以将虚拟信息映射在遥控飞行物表面上，
[0027]图5示意性示出了根据本公开的增强现实系统的第二实施方式的详细视图，
[0028]图6示出了根据本公开所使用的编码技术，