关于增强现实辅助维修关键技术研究

李卫鹏 米佳虎

[摘要]随着科技日益发展与完善，在一定程度上推动着增强现实辅助维修关键技术的发展。通常情况下，增强现实辅助维修关键技术主要应用于复杂装备维修领域，该技术凭借自身强大的优势，可以增进对维修过程的理解，为维修工作提供保障。不但有助于提高维修人员的技术水平，而且能够保障维修效率。本文主要对增强现实辅助维修关键技术在实际维修当中的应用进行分析。

[关键词]增强现实;装备维修;跟踪注册技术;人机交互技术

一、增强现实辅助维修原型系统分析

（一）APPPSM（2013年）

APPPSM原型系统硬件是一种带有摄像头的掌上电脑，该系统模块能够实现对对标识物与摄像头相關信息进行计算，能够描述模块基于跟踪模块的引导下，将DirectX技术生成的3D虚拟技术对象以及相关维修信息等覆盖在标识物上。APPPSM系统在实际的运行当中，主要采用了一种改进型的注册技术，以此来解决在野外环境下作业所存在的问题。例如，摄像机标定误差、背景不均匀以及光照变化带来的影响。该系统在光伏水泵维修方面应用较为广泛，不但能够提高维修效率，降低维修时间，而且还有助于提高维修人员的专业水平。

（二）ACARS（2012年）

ACARS系统与2012年新加坡国立大学，针对传统AR辅助维修环境等问题，研制出来的一套可编程环境感知增强现实系统。这种系统并非单纯的只读系统，ACARS系统能够将操作人员的相关业务知识、业务水平、业务素质等，与虚拟维修信息进行有效整合，并能够让相关操作人员修改ACARS系统内相关维修信息内容，从而实现维修目标，进一步增强维修的效率与质量。

二、增强现实辅助维修关键技术分析

（一）维修对象自然特征识别技术

通常情况下，标识物具有特定的光谱特征，极容易在视频当中被识别出来。例如，在ARMAR系统运行当中，该系统主要采用了传感器与基准标识物结合的方式，实现其混合跟踪的目的。此外，ARTag、FLARTooIKit等，在实际的应用过程当中，能够处理较为复杂的标识物图像以及数字符号，并且实现快速跟踪识别虚实场景。在标识物注册跟踪技术应用过程中，相关人员需要预先做好相应的准备工作。例如，零部件、部组件以及记录标识物与整机等，并且这些标识物的放置要保证在可视的视角内观察到。此外，部分场合并不适合标识物的放置，在实际的使用当中存在一定的局限。而维修对象自然特征自动识别技术的应用，成功解决了以往技术存在的问题，弥补了以往技术存在的缺陷与不足，并在一定程度上为增强现实辅助维修技术的应用开拓了较为广阔的空间。

（二）维修对象跟踪技术

维修对象跟踪技术在实际应用当中，能够对维修对象进行准确的跟踪定位，并且能够做到对相关操作人员处于运动状态的情况下，对其头部摄像机进行准确的跟踪。维修对象跟踪技术为增强现实辅助维修的开展提供了重要的技术支持。此外，依据维修对象与摄像机相对关系，将跟踪注册分为两个内容，即由内而外跟踪与由外而内跟踪。而基于轮廓、基于核、基于特征点等是当前应用相对较为广泛的方法。在此过程当中，由于维修对象大多数为人造物，致使其缺乏特征点信息量，导致特征提取不充分。基于轮廓、基于核、基于特征点等方法，对于跟踪对象的各方面改变存在一定的局限，需要结合实际情况以及基本要求，采取有效措施对其存在的问题加以应对。

（三）基于裸手手势识别的人机交互技术

增强现实辅助维修原型系统可用性，除了增强其健壮性以外，还需要建立与客户之间的交互能力。而手势或者人类行为的直接交互方式，将会成为该系统未来发展的主要趋势。该系统人机交互主要容纳了虚拟提示信息的翻页、选择、拉伸、缩放，该系统在实际运行当中，通过数据手套来识别手部动作。通过当前的这种方法，可以提升人手操作的灵活性，进而提高维修保障的总体效率。裸手识别技术相对较为复杂，其涉及诸多方面的因素，例如腕部、指尖等。

（四）增强现实辅助维修原型系统实现与评价方法

当前，在进行AR技术的应用研究过程中，主要体现在算法建模上。而能够应用于实际维修活动的增强现实辅助维修设备，依然停留在原型系统方面。其一，基于实验室条件下，要想实现ARSAM原型系统的搭建工作，需预先保证HMD硬件突破;其二，利用已经搭建好的系统，对虚实结合技术、跟踪注册技术以及自然特征识别技术等进行验证。与此同时，利用搭建好的系统能够实现系统的评价方法研究。而增强现实辅助维修原型系统实现与评价方法是否到位，对于增强现实技术的应用效果具有重要作用。但是，目前我国在该方面的评价方法，还需要不断地加强完善，许多方面仍然存在一定局限性。

结语

综上所述，随着科技的不断发展与进步，计算机硬件系统与软件系统得到了技术上的充实，推动着增强现实辅助维修关键技术的进一步发展。由于增强现实辅助维修关键技术能够为现实复杂辅助维修提供重要的维修保障，并且在该领域取得了显著的成效。因此，在增强现实辅助维修关键技术的实际应用中，要不断积累该技术的使用经验，合理规范操作技术要点，不断加大科技投入，发挥增强现实辅助维修关键技术的优势，使其更好地为维修工作服务。

参考文献：

[1]杨波增强现实中的跟踪技术研究[D].电子科技大学，2005.

[2]王涌天，刘越，胡晓明.户外增强现实系统关键技术及应用的研究[J].系统仿真学报，2003，15 （3）：329-333+337.

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