增强现实体验:从高分辨率采集到实时扩充内容

文摘

本文的研究项目“卫”的实验结果信息通信技术解决方案宫殿博物馆卫(乌尔比诺)。在这个项目中,著名的油画“异食癖Ideale”成为一个案例来说明一个特定方法的数字中介文化遗产。一个增强现实(AR)移动应用程序,能够增强博物馆的参观体验,。计算技术参与项目(网站、桌面和社交应用、手机软件和AR)构成一个有说服力的环境艺术品知识。我们的研究的总体目标是提供文化机构最佳实践高效低预算。因此,我们提出一个低成本的高分辨率采集方法绘画;图像作为基地的基于“增大化现实”技术的方法。拟议的方法包括改进的筛选器的实时图像。这个工作的其他新奇的是多点概率层。实验结果证明了该方法的鲁棒性和广泛使用的基于“增大化现实”技术应用在“异食癖”Ideale绘画。 To prove the usability of the application and to ensure a good user experience, we also carried out several users tests in the real scenario.

1。介绍

在文化遗产(CH)维持价格和沟通,信息和通信技术(ICT)提供了一个更容易访问和multiperspective文物的视野,也可以增加文化遗产教育,由于创新学习/教学方法的使用(1]。博物馆的游客可以在最有趣的方式与内容交互信息通信技术的引入。在过去几年中,许多研究旨在提供接口和软件工具的博物馆。他们的目的是开发基于web的虚拟博物馆设备集成三维计算机图形学和增强现实(AR)。Sylaiou et al。2]表明之间的关系有一个高水平的存在和游客的满意度和满足,而与博物馆交互仿真系统和更吸引体验生活。在接下来的几年,智能手机的扩散和越来越多的使用社交网络在移动建议整合社会,基于“增大化现实”技术的应用和数字故事。通过这种方式,一个具体的目标项目成为人们交际翻译的权利(3),由于社交网络,在艺术交流的权利。绘画的免费使用复制、分享和编辑,似乎忽视它们的重要性。在这种背景下,一个新的阅读本杰明的论”时代的艺术作品其技术再现性”是可能的。反应对象现在很多复制品,本杰明说,是社会再生产和分享。以这种方式“光环”不是消除而是增强[4]。

通过数字工具,博物馆体验成为一个文化和艺术的经验似乎民主。“观察和推特”的习惯,在媒介使用社交网络,越来越多和越来越多的公众。谷歌艺术项目代表一个参考标准在社会领域的数字图书馆(DL),但不可用,适合许多意大利博物馆。采用“Explore-Collect-Share”实践在许多世界博物馆的网站。世界的五种最受欢迎的博物馆在2012年接受了这个社会的沟通策略。但第一个意大利博物馆(乌菲兹)19(艺术报纸),放置在与一些实验在移动应用程序,直到最近。我们的项目想引入一个“Explore-Collect-Share”的方法(5)在移动基于“增大化现实”技术的环境,它增加博物馆的吸引力和它允许简单的内容管理公共文化机构,分散在意大利全景。这个项目是由每个我贝尼省Soprintendenza Storici Artistici ed Etnoantropologici delle马尔凯(SBSAE马尔凯),意大利为delle马尔凯(证实),意大利迪乌尔比诺(Uniurb),和母校Studiorum意大利博洛尼亚(Unibo)。演示“卫”项目内,这里介绍,乌尔比诺宫卫的实验信息通信技术解决方案和其博物馆和探索潜在的基于图像的系统(IBS)作为技术平台之间创建连接技术和设置在使用的情况下。

我们研究的总体目标是提供文化机构的最佳实践效率低预算(详细比较先进的报道在结果部分)。因此,我们提出一个低成本的高分辨率采集方法绘画使用作为一个图像的基础知识,使用一个基于“增大化现实”技术的方法。拟议的方法包括改进的筛选器使用一个健壮的实时图像匹配。这个工作的其他新奇的是多点概率层。实验结果证明了该方法的鲁棒性和广泛使用的基于“增大化现实”技术应用在“异食癖”Ideale绘画。用户测试在现实场景中也证明进行可用性和保证良好的用户体验。

纸被组织为:部分2提出了一个回顾AR技术应用于数字文化遗产;部分3介绍了高分辨率采集过程;部分4深入内部提出的基于图像基于“增大化现实”技术的方法;最后的部分5和6定性结果和用户测试结果和当前解决方案的比较与国家的艺术和相对成本给出了结论和未来的工作。

2。增强现实(AR)

2.1。相关工作

1960可以被认为是基于“增大化现实”技术的起源,特别是由于摄影,当莫顿Heilig创建Sensorama(6),一个系统的观看体验身临其境的提高知觉的感知的现实。后来,计算机科学家萨瑟兰创造了第一个虚拟现实和增强现实头盔显示系统7,8]。然后在1975年,克鲁格等人意识到Videoplace(9),第一个系统的虚拟现实(VR),给用户的感觉与虚拟对象,尽管虚拟现实这个术语是只在1989年首部3 d软件的实现。但这仅仅是在90年代,虚拟现实成为AR。不同的是,如果在用户工作环境之前通过一台电脑,现在从设备出来的信息,由于数字内容的重叠。

第一个基于“增大化现实”技术的软件ARToolKit加藤和Billinghurst [10),使用视频跟踪,可以放置一个虚拟摄像机在同一观察者的角度,从这开始,把内容放在覆盖。

2000年,增强现实技术已经达到了一个高度的发展;之后,这个系统被引入应用程序,如导航、医学、城市环境,教育和文化遗产。

考古的移动应用增强现实内容,ARAC地图(11),基于商用android操作系统的设备,打算增加考古纸质地图使用3 d模型和其他互动方法。

最近的另一个应用程序为移动设备AR-TagBrowse [12),允许标记和浏览虚拟3 d对象出现在现场观察到一个移动相机。视图是互动,用户还可以插入笔记对象的特定部分。

在意大利也有类似的项目发起的意大利大学和地方政府实现增强体验。例如,Tell_MeWhere项目(13),由摩德纳大学和Reggio Emilia设计,实现一个系统来提供增强的经验在摩德纳恩佐法拉利博物馆的游客。使用智能手机和玻璃镜头,这个系统识别访问者手势和提供汽车细节,这样他们就可以了解更多的豪华轿车。其他项目,DICET SMST,于2013年在意大利推出,共同的目标,以增加访客的经验增加互动性和连通性13]。

鉴于上述,我们可以总结基于“增大化现实”技术的浓缩知觉的理解通过一系列数字或电脑内容,提高知识的环境,或与人工信息覆盖对象,“上面”屏幕。

增强现实(AR)添加虚拟元素的现象在我们的物理现实,允许游客直接与展览交流。

2.2。文化遗产的基于“增大化现实”技术

虚拟和现实增强技术几乎入侵许多学科,也通常不与计算机科学相关。事实上,AR技术在军事领域的广泛采用和医疗培训、城市规划和建筑,比如工业维护工作(例如,在汽车和航空航天工业)和娱乐。然而另一个应用领域是家具,尤其是室内设计和零售解决方案。虽然迟了从文化传统的角度来看,大量的相关研究一直是近年来执行(14]。一个例子是Archiguide;这个系统允许用户体验的虚拟现实世界实现电脑3 d重建毁了网站总是保持他的“真实世界”(15]。Lifeplus是另一个基于“增大化现实”技术的应用历史和考古遗址现场使用手持设备显示(16]。特别重要的例子Arco项目,提出了重建博物馆收藏或至少其中的一部分,在一个虚拟的方式。

这是非常重要的,因为第一次的问题如何让整个博物馆的收藏已经解决,往往隐藏由于空间限制或很长一段时间的恢复17]。此外,Louvre-DNP博物馆实验室(LDML)是一个为期三年的项目包括六个演讲,目的在于获得经验,创新的多媒体方式,他们一起把游客和艺术品18]。一个有趣的“虚拟”在2003年提供的基于“增大化现实”技术的游戏场景DinoHunter德国Senckenberg古生物学博物馆的设计(19]。在这个项目中,年轻的游客,他们认为博物馆的网站,可以开始(虚拟)神秘之旅操纵(虚拟)PDA,增强恐龙的骨架,重组他们如何会被喜欢20.]。

最后,2010年,虚拟展览在纽约现代艺术博物馆(MoMA),仅使用移动电话的应用程序可见被称为“层增强现实浏览器,”这对每层显示许多额外的工作。组织者的主要目的是分析基于“增大化现实”技术的影响对我们的公共和私人空间。

下面的部分将介绍基于“增大化现实”技术的体验测试直接在意大利文艺复兴时期最重要的作品之一(十五世纪):“异食癖Ideale。“这个测试的主要目的是增加“艺术品升值”通过给游客一些背景知识一种享受乐器看到艺术,CH,以另一种方式,为了使他们注意到并享受艺术品的特征。

3所示。“异食癖Ideale”:高分辨率的照片画

我们的研究的第一个目的是获得高分辨率图像的低成本收购方式。为了提供一个数字电子替代传统的绘画、摄影多个系统开发在过去年21]。他们整合复杂的采集系统和控制软件和使用专用硬件来获得高水平的精度(分辨率、颜色等)。此外,他们不适合公共文化机构,因为他们是昂贵的,经常提供超过所需要的CH保护领域的展览(22]。

挑战在于如何保证内容的质量,性能、可伸缩性追求,同时,降低成本,不仅是成本与数字化过程,还对成本的可持续性。首先,在我们的方法23相机在一个站,我们不使用机动跟踪。观察图1和工作流图后2,这幅画在他的位置,实现快速和容易的获取方式,减少低效的博物馆。“异食癖的面板Ideale”是239,5厘米×67,5厘米。这是120厘米的距离从地板上。单击阶段期间,我们获得了一个原始文件。然后我们检查和管理参数,在后处理阶段。从5米距离的绘画,我们花了32个快照。我们保证正确的图片由于纸重叠网格是遥远的从绘画60厘米。在表1有收购时机和配置结果。

考虑HW和西南资源,我们进行缩放,图像的质量代表了一个很好的标准不仅在数字应用程序web和移动。事实上,此次收购使这幅画的复制品在数码印刷和胶印。

收购的关键分析绘画过程提出了下面的段落。

MTF测试(24)表明,复印机使用(LW / PH值,线宽/图片高度范围)是一个弱点。图像分辨率从3613 LW / PH值(焦200 mm f / 11镜头中心)到3055年相同的条件;镜头边缘的分辨率为2171,这意味着最低的清晰度。

色差(CA)是控制在135毫米和200毫米但略70毫米,平均价值最高的1,44像素宽开放。在200 mm镜头设置,复印机CA的数量大大增加。

镜头显示,这个镜头类软变形特征(1 7%至200毫米)。这个问题可以纠正使用通用软件在处理阶段。

考虑到渐晕,我们执行收购与光下降F / 14日保持清晰度。我们将ISO 200降噪的阶段。

由于复印机的清晰度是主要问题。快照质量研究部分之后,我们决定使用控制面具,在缝制阶段。

工作流的主要步骤获取高分辨率的照片是缝制阶段。我们安排32 macrophoto使用PTGui sw快照。30%的重叠是必要的来获得一个精确的缝合。最终的图像(22537×6433像素,240号决议)的尺寸为848 MB。1998年我们支持Adobe RGB颜色空间;否则,色谱在收购阶段和在预处理阶段(相机原始)缝合后阶段。

4所示。“异食癖Ideale”基于“增大化现实”技术的经验

基于“增大化现实”技术的游戏体验分为两个子步骤:全球博物馆发现用户使用基于“增大化现实”技术的本地化和AR画细节。

第一个是有关全球定位的基于“增大化现实”技术的工具在博物馆基于整幅图像;本节显示了应用程序的主要特性从用户的观点。一旦应用程序启动,设备相机被激活并准备识别目标(根据下面描述的点选择框架)。制定目标图像时,弹出的信息显示和一个按钮在操作栏变得活跃;如果按下,雷达显示在屏幕的左上角。此功能显示了用户的位置其他的兴趣点(POIs)。每一个点表示为标志和广告牌包含这幅画的名字。这个系统显示用户遵循方向达到通过AR绘画。为进一步的信息关于如何达到一个点,用户只需要点击相应的几何。这将显示在博物馆的道路地图从当前用户选中的画。

第二个模块是致力于发现使用AR和细节将在以下部分深入调查和在结果部分。

卫的有意义的步骤创建基于“增大化现实”技术的经验在以下解释。

整个过程包括三个阶段,我们可以总结为图的框图3所示。这三个阶段是:创建内容,网络,和最后的可视化。

4.1。内容创作

首先,一些项目感兴趣的绘画已确定,如鸽子,建筑元素(如地板或环境的背景,并从历史学家建议所有元素。多深,我们决定使用的部分作品包含有趣的细节,一个共同的博物馆的游客自己不能发现。这样客人可以突然指示的绘画。

提出了应用程序,我们决定创建一个有限数量的物品如视觉内容,互动按钮发现艺术家的构思行或者一个视频指导,解释一些细节的数学复兴,和建设的角度;然而,跟踪图像和内容可以随时修改或更新,这是一个很大的优势为博物馆经理因为博物馆展览可以很容易的改变和提高。

每个人都视为跟踪图像(也称为平面标记跟踪),也就是说图像识别的设备曾经指出的相机。一旦每个跟踪图像的内容创建面具已经可以将内容分配给相应的形象图4。这一步是强制指出对象的基于“增大化现实”技术的可视化环境。

整个高分辨率图像是用于全球博物馆用户定位在移动设备上使用AR和绘画陷害摄像头,所述。

4.2。云计算和Web服务

AR和内容是基于云服务环境,可以使用访问博物馆和准备期间收集的数据和服务文化遗产数据管理。有一个重要的经验和热情参与云计算发展从传统组织和机构表达他们的意见在这个报告。缺乏知识和技能,信任,和法律问题是参与公共管理的主要障碍,而主要法律障碍是许多公司都负责治理的数据,并且经常会有限制,数据可能被放置和给。这种限制已经避免了由于Mcloud的贡献:一个公共区域云基础设施,描述问题。

在这个项目中,我们介绍了XML标准使用SOAP Web服务描述实体(即定义肖像。,“Città Ideale” with descriptions such as painter, age, location, short history, comments, and audio guide), communication points for AR (i.e., tracking area, virtual layer, description, and social interaction), and user behaviours (i.e., statistics on the use of the system, interactions, and AR tracking area activations).

这个描述是公众和可供未来标准化与CH的基于“增大化现实”技术的交互。

4.3。基于“增大化现实”技术的实时可视化和点选择框架

最终结果是解释如下;可用的内容指向一个共同的智能手机(或平板电脑)这幅画在游客面前。设备识别跟踪图像和使用这张图片它连接到互联网获得相关图像,视觉效果,三维形状,然后把它们到视图。为此,提出了一种方法基于一种改进的筛选器的实时图像,利用可靠的匹配在机器人技术领域发展。

尺度不变特征变换(SIFT),由劳et al。25,26),是不变的图像平移、缩放和旋转。筛选功能也部分不变的照明变化和仿射3 d投影。这些特性被广泛应用于机器人定位领域以及其他许多计算机视觉领域(27,28]。

即使筛选算法不变的规模和旋转和健壮的其他图像变换,其主要缺点是筛选特征描述图像的计算通常是大型和缓慢。因此我们计算图像相似度使用减少和优化筛选方法与64年特征描述符,和我们介绍了节约时间改进由以下两个主要步骤:适应每个子图象的筛选参数,如图5数量和固定关键点提取。特别是,鳞片的数量根据其维度定义的原始图像,因此在某些情况下,并不是所有的筛选量表是必要的计算。下面的阈值也计算定义筛选算法的对比阈值: 在哪里是一个比例因子,和是和图像尺寸,在图像灰度级的强度,然后呢是中等强度值的图像处理。

劳的对比度阈值筛选实现统计定义,由于他们的敏感噪声时,低对比度关键点被丢弃。在我们的实现中,每个子图象的阈值计算,有时避免耗时的特征提取过程,并在任何情况下处理不同的照明条件。

前面说的问题,由于自适应阈值,我们也减少了关键点的数量和相应的提取时间,保持相同的为每个关键点描述符。这是一种常见的降低问题的规模和复杂性,当图像是非常独特和知觉差的混叠。

古典的筛选方法,重点是通过测试发现狗(高斯函数的区别)中的每个值在每个规模与周围的8价值观相同的规模以及9邻近值在上面的规模和9邻近值在下面的量表。第一个和最后一个狗尺度不检查。这意味着一只狗的大小的比较考虑,分在一个给定的边界的狗并不包含在关键检测(29日]。

这个工作涉及的其他新奇多点概率层。决定我们的目标是定义一个方法基于“增大化现实”技术的互动点时应选择多个当前视图。

为了定义最好的兴趣点现场和相关的基于“增大化现实”技术的内容我们做了一个对比两种算法和数据集的用户选择。算法是“赢者通吃”(WTA)模型和贝叶斯模型与最大后验估计(MAP)。最后我们使用映射的方法实现基于字符串。地图作为估计量是基于训练手册选择图像的基于“增大化现实”技术的点。AR软件选择行动,提出相关内容提出使用此估计量。这种方法解决了多个问题的兴趣点在同一场景回馈一个方法来估计基于地图选择其中的一个行动。

5。结果

这项工作的第一个结果是成功创建和验证的一个简单的工作流高清图像。使用“异食癖Ideale“放大照相手机和基于web的应用程序显示图像的表现好,在我们的过程中获得。然而,仍然使用的方法和设备领域的低成本收购,通过比较最好的市场解决方案,如表所示2。

增强现实技术接口执行可视化数字内容的艺术品。基于组合应用程序的接口形式的陈述与基于“增大化现实”技术的虚拟展览。这个应用程序允许用户到数据库内容通过使用一个著名的接口,而虚拟现实和AR展览让他们检查虚拟重构所选对象的虚拟环境。虚拟展览显示在终端用户接口动态生成的基于参数化的可视化模板和数据库内容,如图6。画像我们定义了基于“增大化现实”技术的8种不同的兴趣点检测和用户内容重叠。特别是,我们测试了基于图像内容、视频(带有透明背景),形状与文本和互动按钮应对社交网络活动和分享内容的基于“增大化现实”技术的应用。图7显示了移动应用程序在面前真正的绘画工作。

所有测试在不同的白天,也表现在现实场景中使用不同的名画的复制品演示了该方法的鲁棒性,即使与商业基于“增大化现实”技术的产品。在测试阶段我们没有观察到假阳性和所有的兴趣点在画像中被正确地检测到。

重要的是要强调,整个演示一直在执行真正的绘画“异食癖Ideale,“直接在博物馆的展厅。

5.1。用户测试

为了了解采访样本的特点初步问题有关的年龄,学历,工作,和使用技术最初问道。

系统测试15个不同人体随着年龄22至48。五个科目有高中学历,他们都是学生。其他10名受试者有大学学历和他们的工人:2是个体和8是受薪工人(使用)。

总数,5主题是关于使用新技术和专家10有良好的技能。九个受试者花时间每天上网超过5小时,4一个多小时,不到五个小时,和2不到一个小时。14个科目有一年以上的智能手机,1没有一个智能手机。此外,9有平板电脑及其他6没有平板电脑。

表3列出用户的答案关于“异食癖Ideale”应用程序。观察问题的答案,我们可以推断出,考虑到教学水平的受访者中,熟练的使用技术,即使他们大多数很少访问博物馆,非常感谢这个应用程序的用户。他们通常发现应用程序清晰、直观,使用起来非常简单。

此外,我们还必须强调,这是第一次9主题使用基于“增大化现实”技术的应用,而其余6已经基于“增大化现实”技术的应用程序使用。7的用户看到的基于“增大化现实”技术的部分应用程序作为一种积极的工具,增加了艺术作品的吸引力,而7用户考虑基于“增大化现实”技术的部分作为一个有用的工具的理解这幅画的主要特征,只有1宣称部分是一个有趣的工具,但需要改善,因为它提供了不满意的信息。然而,10个用户考虑参观博物馆与平板电脑一个非常愉快的经历,而5用户认为这是一个非常涉及经验。

此外,67%的用户已经升值AR部分,高清部分已升值27%,最后6%升值静态页面的内容和组织。最后,大多数用户(60%)保持类似的应用程序的开发其他艺术品在博物馆里可以有用但不是至关重要的,而另外40%保留,类似的应用程序是一个必要的资源。

6。结论和未来的工作

文化内容的基于“增大化现实”技术的展览提出解决方案使博物馆成为号召地方花时间。网页和增强现实技术是必要的,以抓住访问者的注意成为一个有吸引力的工具帮助客人做积极的愿景和识别重要的事实,参观博物馆有新的见解。

简单地指向一个手持设备,基于“增大化现实”技术的终端必须支持游客更好地理解他们考虑的艺术品。

由于上述参数,增强现实技术已成为高效、自动,好玩的方法向有形和无形文化遗产的欣赏和理解。前面的段落中描述的用户测试证明,这种技术将提高方法越来越多的公共博物馆。的测试是故意在用户进行任何年龄或社会背景来模拟一个典型的旅程在博物馆内,对专家和非专家。

尽管基于“增大化现实”技术是一个日益增长的技术在许多领域,这类手机应用程序应用于艺术品仍然是广泛失踪在未来我们也猜来评价我们的工作相比,其他类似的工具。

未来在卫工作项目包括一个特别的应用程序的设计中,大量的服务致力于游客。因此,从机票预订,客人想使用自己的设备作为整个参观的主要工具。应用程序也可以包括一个虚拟的路线指引,引导游客在博物馆,它会更有趣如果他可以访问计划之前,选择之前看到或研究深度。

最后,下一步主要是开发和增加图像跟踪的数量对于手持设备,直接从这个应用程序。

在我们看来主要发展“异食癖”Ideale应用是用户进行实验测试,检查游客的参与和情感反应。我们预计,乌尔比诺公爵的宫殿将参与国际博物馆之间的争论最近进行批评,策展人,神经科学家(1]。

首席技术雪莱伯恩斯坦在布鲁克林艺术博物馆30.),写道:“实验没有完美是一件好事”,“这是我们的责任,总的来说,尝试新方法,并提供尽可能多的入口点到内容和博物馆。”的主要目标是研究这个入口点和利用新媒体工具在博物馆的管理。云服务将能够监控、评价,容易修改工具和应用程序。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢每个我贝尼省Soprintendenza Storici Artistici ed Etnoantropologici delle马尔凯(SBSAE马尔凯)和玛丽亚蔷薇花坛Valazzi允许异食癖的高分辨率采集Ideale绘画和整个“卫”项目合作。人力资源的图像是由詹尼·Plescia(证实)和应用程序接口是由Alessia Vitturini设计。

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