基于AR技术在多粒度超细木粉机的应用研究
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摘要：AR技术对现实世界的一种补充和增强，而不是用虚拟化技术制造出一个完全虚拟的世界来取代现实世界。在设计多粒度木粉机中引入AR技术，建立了多粒度木粉机的三维实体模型，建立了增强的木粉机可视化系统。AR设计技术的引入，通过3D模型动态交互渲染，达到了增强虚拟现实的多粒度超细木粉机演示效果，准确将“多粒度超细木粉机”在真实环境中，借助显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体，并呈现给使用者一个感官效果真实的新环境。能够极大地加快木粉机设计、制造和调试进程，对节省制造成本有着重要的意义。
关键词：AR技术多粒度超细木粉动态交互
0 引言
增强现实(AR)，增强现实（AR），也被称之为混合现实，是虚拟现实（简称VE）技术的升级技术，是近年来国外众多知名大学和研究机构的研究热点之一。其原理是通过跟踪用户在真实场景中所处的位置，将计算机生成的图形图像以及声音等信息“叠加”在用户感知的真实世界之上，提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。它不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。利用这些辅助信息增强用户对真实场景的感知能力。AR是使用信息技术对现实世界的一种补充和增强，而不是用虚拟化技术制造出一个完全虚拟的世界来取代现实世界。AR能为我们提供现实中无法直接获知的信息。通过借助计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过传感技术将虚拟对象准确“放置”在真实环境中，借助显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体，并呈现给使用者一个感官效果真实的新环境。因此增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维注册的新特点。AR技术不仅在与VR技术相类似的应用领域，诸如尖端武器、飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐与艺术等领域具有广泛的应用，而且由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性，在医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域，具有比VR技术更加明显的优势。当然随着技术的发展，未来的AR可能会更加先进。
1 AR技术的特点和技术原理
1.1 AR技术特点
①真实性。增强现实的优越性体现在实现了虚拟世界中的事物和用户周围真实环境的结合，它对用户而言是真实世界和虚拟物体的共存。②实时互动性。增强现实最大的意义在于虚拟世界和真实世界的实时同步，理想的AR使人们可以在现实世界中真实地感受来自虚拟空间的一切模拟或幻想的事物，令我们更加容易进入角色，大大增强了使用的趣味性和实用性。③实用性。结合数字图像基础分析技术，将现时相对昂贵的AR捕捉设备成本降到最低，只需要一个普通摄像头。因此，通过技术优化，我们可以做到使用一般的廉价通用设备而使之灵敏度达到一些高级设备的水准，使AR技术在现实世界中更加实用。
1.2 AR技术原理
①显示技术。AR的显示设备主要用于显示虚拟图像与真实环境相叠加所产生的影像。人类从外界所获得的信息有近80%是通过眼睛得到的，因此AR系统中的头盔显示技术成为整个系统的关键问题之一。用于AR的显示器包括头盔式显示器（HMD）、手持显示器和投影显示器。目前主要使用的是透视式头盔显示器，如光学透视式HMD、视频透视式HMD等。②跟踪和定位技术。为了交互，AR需要进行定位，准确跟踪用户的位置和视域方向，以确定用户的观察点和计算机生成的虚拟物体在三维场景中的准确位置。③界面和可视化技术。在感观到的真实环境中与虚拟信息进行实时交互是比较困难的，用户如何与AR交互以及如何有效地在AR显示器上表现信息是增强现实的另一个关键点。AR系统的定位错误是很难避免的，如何解决并实现有效的可视化目前正在研究当中。④标定技术。为生成准确的定位，AR系统需要进行大量的标定。目前AR标定使用摄像机标定的原理，以及许多手动标定技术。研究人员正在对如何避免或减少使用标定的方法进行探索。
2多粒度超细木粉机的实体建模
2.1动刀组件设计
动刀组与电主轴连接时，采用双键连接。上端通过弹簧垫圈和螺丝帽固定，组装后需经过动平衡测试。动刀组每组共有刀片8片，共4组刀具。刀片采用不锈钢刀片，刀具支架采用轴套式直接与电机主轴连接。动刀组件实体结构如图所示1。
2.2静刀组件实体建模
静刀组与动刀组的垂直距离为2.4mm。静刀组刀片固定于静刀组刀座上，与静刀组刀片分层交错布置，且刀片的受磨损速度不同。为了方便分别更换刀片，静刀组刀具采用从粉碎加工料仓底部的小侧门处拆装，检查更换静刀组刀片时无需整体拆装。静刀组件实体结构如图2所示。
2.3料仓设计
料仓使用薄铁板焊接而成，薄铁板选取5mm厚度。中间用来安装筛网部分隔板选用8mm厚的薄铁板，螺纹孔选用M3螺纹。下半部分留有安装静刀组的插槽，其通孔直径选用4mm。与底座连接的挡板选用16mm厚的铁板，其连接用通孔直径为11mm。上端安装上盖处需要安装一层厚度为1mm的橡胶密封圈，与上盖连接用通孔直径选用10mm。料仓实体结构如图3所示。
在CAD平台在建立多粒度木粉机各部件三维实体模型后，将DWG格式的3D模型转换成MQO格式的模型来显示，在程序中通过调用部分SDK的函数来实现对MQO模型的渲染。渲染后的多粒度木粉机如图4所示。主函数是以初始化参数开始，之后启动主循环argMainLoop()。第一个参数响应鼠标操作；第二个参数是关键事件，用以读取当前所按键值，之后根据按键进行相应操作；第三个参数指定主循环。
主函数 main()
int main(int argc，char **argv)
{
glutInit(&argc，argv)； // 初始化OpenGL
init()；// 基本参数初始化
arVideoCapStart()； // 开始摄像头捕捉
argMainLoop( NULL，keyEvent，mainLoop)； // 进入主循环
return (0)；
}
4结束语
在多粒度超细木粉机设计过程中引入VR技术，借助摄像头，准确地将“多粒度超细木粉机”实时地叠加到了同一个画面，实现了从传统的感官与多维的信息环境进行交互，建立了增强的木粉机可视化系统。基于AR技术平台的多粒度木粉机能实时对木粉机模型进行各个角度的观察，借助显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体，并呈现给使用者一个感官效果真实的新环境，能够极大地加快木粉机设计、制造和调试进程，对节省制造成本有着重要的意义。
参考文献:
[1]闫卫阳，曾小平.虚拟现实技术及其应用[J].安徽农业科学，2009.11:1145-1147.
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通讯作者：杨兰玉