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摘要:AR赛车是一款采用了现实增强技术的三维汽车竞速游戏。将增强现实技术应用到赛车游戏中,给游戏带来了全新的控制方式和场景效果,玩家不再使用键盘来控制赛车,而是在镜头前操控有特定标识图像的纸片来控制。从画面的角度来看,AR赛车与传统的游戏存在较大差异,AR赛车一直都是在一个虚拟的环境中,将真实的环境和虚拟物体融合在一起,形成了虚拟场景。这些特性将为玩家提供完全不同的游戏体验。因此,本文针对增强现实技术进行详细分析,并探讨增强现实技术在AR赛车游戏中的应用,以此来为这一技术的发展提供重要支持。
关键词:增强现实技术;AR赛车游戏;摄像头;虚拟
游戏在近些年,发展速度较快,各种种类的游戏就像雨后春笋一样不断地冒出来,数量也在不断增加。但是,对于玩家来说,他们对游戏的控制方式和场景效果并没有发生很大的变化。现在,绝大部分的计算机游戏的运行操作都不能离开鼠标键盘,因为屏幕也始终还处于虚拟场景之中。由于现实增强技术拥有着特殊的吸引力,所以在近些年,在游戏发展和应用过程中,逐渐变成了国内外的一个研究热点。通过虚实相结合的游戏场景,带给了玩家一种身临其境的互动感受,这是增强现实技术在游戏中应用的优势。
一、增强现实技术
(一)技术原理
AR是一种新的概念。所谓的增强现实,就是将现实与虚拟两个世界"无缝"融合的一项新技术,即利用计算机等科技手段,对一些在特定时空中难以感受到的物质(如:视觉,听觉,味觉,触觉等等)进行了模拟与重叠,从而将这些虚拟的物质与现实相结合,从而使其成为现实。为人的感觉所觉察,因而获得了超出真实世界的感觉体验[1]。现实中的场景与虚拟对象被实时地重叠于同一屏幕或空间中,并在同一时空出现。在这种情况下,既可以展示现实中的信息,又可以展示虚拟中的信息,两者可以互相补充和叠加。而在视觉化增强显示中,使用者通过头盔和显示器,将现实与计算机图像进行多重组合,就能看见周围的一切。该技术包括多媒体、三维建模、实时视频显示与控制、多传感器融合、实时跟踪与登记、场景融合和其他新的技术和方法。扩增实境所能提供的资讯,通常与人们所能感受到的因袭是不同的。
(二)组成形式
一个完备的增益现实系统需要一套紧密相连的、实时运行的硬件组件和相应的软件组件来完成。(1)Monitor-Based。本项目提出了一种利用电脑显示屏的 AR技术,将摄像机拍摄的现实场景信息导入电脑,再将其与电脑绘图软件生成的虚拟场景进行组合,最后将其显示在电脑显示屏上。使用者可以在屏幕上看见强化后的画面。尽管较为简单,但是并没有给使用者带来身临其境的感受。(2)光学透视式。头盔型显示屏(HMD)作为一种新型的显示设备,在虚拟现实中得到了越来越多的使用。相似的展示方式也被用于增益实境的研究人员所使用,即被称为可穿入的HMD。按其实施机理可分为两种:一种是以光为基础的穿透型头盔显示器,另一种是以影像合成为基础的头盔显示器。基于光学视角的 AR系统具有结构简单、分辨率高、无视觉偏差等优势,然而其对 AR系统的定位精度要求高、延迟匹配困难、视野狭窄、成本高昂等问题。(3)视频透视式。一种用于视景增强现实的可渗透 HMD的图像综合技术[2]。
(三)应用领域
AR技术不但适用于与VR技术相似的各个方面,例如先进武器的研发、航空器的开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐和艺术等方面有着非常广阔的用途,并且因为它所具备的可以对现实环境进行放大的展示和输出的特点,它可以被用于医学科研和解剖训练,精密仪器的制造和维修,军用飞机的导航;相对于 VR技术而言,AR在工程设计、遥控等方面有着更为显著的优势。(1)医学方面:医师可以通过现实增强技术,轻松准确地确定患者的手术位置。(2)军用:军队可以通过增强现实技术,对目标进行方向辨识,获取到一些关键的军用资料,比如他们现在所处的位置。(3)文物恢复与数字文物保存:游客将文物资料以增强现实形式呈现,使用者不但可透过 HMD观看文物的说明,更可观看文物破损部位的虚拟重建。(4)在工业维护方面:利用头盔型显示器向使用者显示各种辅助资料,其中包含了虚拟仪器面板、被维护设备的内部构造、被维护设备的部件图纸等。(5)互联网视频通信方面:本系统利用了增强现实技术和脸部追踪技术,将一些虚拟物品如帽子、眼镜等,在说话的时候将其脸部进行了实时的重叠,极大地增加了视频通信的乐趣。(6)在电视直播方面:利用增强现实技术,可以在直播体育赛事的同时,在屏幕上实时地叠加一些辅助信息,让观众能够获得更多的资讯。(7)娱乐与游戏类:将世界各地的游戏整合到一起,让世界各地的游戏者,一起在一个真正的大自然中,通过虚拟的分身,在网上战斗[3]。
二、增强现实技术在AR赛车游戏中的应用
AR技术的运用主要包括两个方面:①车辆选择过程:②车辆驾驶过程。在车辆选择过程中,在使用摄像机读取进入的录像画面时,若鉴定出一张标识卡片。然后,将标识卡在摄像机坐标系中的位置进行计算,并在这个位置上输出对应的车辆模型。在控制市场流程中,当程序识别到用来控制车的标识卡后,可以计算标识卡平面在摄像头坐标系中的法向量,并将法向量的变化量作为对车的控制量。在赛道上操纵车辆的运行
[4]。
这类戏是在开放源码的 ARToolKit基础上进行的。(1)ar Detector(),其具有用于检测该视频帧的识别卡片。(2) arGetTransMat ()是用来获得在相机坐标系统内标志卡上的一个特定点的三维坐标的,在选择车辆过程中,首先使用arDetectMarker()来识别出一个选择车辆标志,根据这点的坐标来求出标志卡上的一个平面的法矢量,最后利用这个法矢量的改变来对车辆进行前、后、左、右的动作进行控制。
结束语
而虚拟与真实相融合的虚拟与真实环境所带来的沉浸式交互体验,正是虚拟与真实环境相融合的优点。AR赛车可以带给玩家一种全新的游戏体验,也可以展现出 AR技术的魅力,让更多的人对AR产生兴趣并,提高对AR的了解。
参考文献:
[1]网易(杭州)网络有限公司. 在增强现实中控制虚拟控制对象移动的方法、装置及终端:CN201810292180.3[P]. 2020-03-10.
[2]王丽萍. 虚拟现实(VR)及增强现实(AR)在体育产业中的应用研究[J]. 文体用品与科技,2022,12(12):34-36.
[3]安冉. AR增强现实技术在高校图书馆中的应用研究[J]. 信息记录材料,2022,23(10):94-97.
[4]张广超,王爽. AR增强现实技术在商业展示空间中的应用研究[J]. 工业设计,2022(4):101-103.