普适跟踪中的系统框架开发研究

　　1　引言

　　增强现实[3](Augmented Reality)系统中用的传感器一般都具有小范围内工作、静态、测量精度高等特点,而用于普适计算[4](Ubiquitous Computing)的大都是广域跟踪器,工作环境复杂而且动态变化,分辨率、更新速率等测量精度较低。

　　普适跟踪(UbiquitousTracking)结合增强现实和普适计算的多传感器系统成为一个大规模传感器网络(即复合跟踪系统),对各种异质源数据进行数据融合,有效综合利用多种跟踪技术,完成真实世界和虚拟世界的无缝结合和实时交互。

　　德国慕尼黑工业大学信息科学学院、奥地利维也纳工业大学及剑桥大学工程系合作于2003年提出普适跟踪的概念,后来同济大学中德学院自动控制教研室加入相关课题的合作研究。

　　增强现实是在虚拟现实(VirtualReality)技术上发展起来的,把计算机生成的虚拟物体与真实环境叠加在一起,让用户有种虚拟物体和真实环境共存于同一空间的感觉。增强现实系统有三个特点[1]:增强现实中真实物体和虚拟物体与用户环境必须无缝结合;真实物体和虚拟物体之间还要能够进行实时交互;真实物体和虚拟物体进行定位注册(regis-tration)构造一个增强现实系统。普适计算作为继主机计算(mainframe computing)、桌面计算(desktop computing)之后的一种新型计算模式(compu-ting paradigm),把计算与通信嵌入到生活空间,将信息空间(虚拟空间)和物理空间(现实空间)进行融合,人们可以随时随地和透明地获得数字化的服务,用户注意力集中在完成的任务本身而感觉不到计算的存在。普适计算的两个关键内容是:觉察上下文的计算和普适计算系统软件。

　　结合增强现实与普适计算,普适跟踪研究的关键问题是:开发提供一个开放式的可重用的系统框架[2],用来增强复合跟踪系统的动态集成性。增强现实的跟踪平台通常是为某一特定目标而实现的、是精确的、静态的,可重复利用性差。普适跟踪致力于由跟踪系统硬件抽象归纳出一个可重

　　复利用的基于组件的数据流处理模型。对任意几何关系及任意时刻的测量都可以进行融合从而达到最优状态。有此系统框架,传感器的改变或增减不会对融合结果产生太大影响,复合跟踪系统的动态集成性提高。

　　2　系统框架开发与分析(FormalFramework)

　　2.1　系统框架核心-空间关系图

　　系统框架的核心是空间关系图(Spatial RelationshipGraph),由点和有向边组成。图中的点(node)表示物体,包括物理空间中真实物体和信息空间中虚拟物体;有向边(di-rected edge)表示物体之间的空间关系,包括位置关系和朝向关系。连续的同向的边依次续接组成一个路径(path)。通过空间关系图保持对系统中对象及其物理关系的觉察,这种要求类似于普适计算中觉察上下文的计算(context-awarecomputing),对环境中对象动态配置并且容易扩容。