Artoolkit初级研究（文档翻译.2008.12.12）

储9369

ARToolKit 介绍
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原文地址：http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/documentation/userintro.htm
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　　ARToolKit 它是一个C/C++ 语言编写的库，通过它可以让我们很容易的编写 增强现实 应用程序。
　　增强现实（AR）是将电脑虚拟的图像覆盖到真实世界画面中，这个技术在工业和理论研究方面都存在着极大的潜能。
　　
　　对于开发一个AR程序来说，最困难的部分在于实时的将虚拟图像覆盖到用户视口，并且和真实世界中的对象精确对齐。ARToolKit使用电脑图像技术计算摄像机和标记卡之间的相对位置，从而使程序员能够将他们的虚拟对象覆盖到标记卡上面。ARToolKit提供的快速和准确的标记跟踪，能够让你快速的开发出许多更新更有趣的AR程序。
这篇导读包含了 ARToolKit库的完整介绍，包括如何安装它和如何在程序中使用它的各种功能。ARToolKitSDK中附带了一些简单例子程序，它们可以帮助开发者学习如何使用该库。ARToolKit包含了跟踪库和这些库的完整源代码，开发者可以根据平台的不同调整接口，也可以使用自己的跟踪算法来代替它们。 　　
　　ARToolKit 目前支持以下操作系统：
SGI IRIX
PC Linux
Mac OS X
PC Windows (95/98/NT/2000/XP)
　　ARToolKit 的最终版本将会是跨平台的..对于开发包来说，这些不同版本的函数集都是一样的，只是其实现利用了相关平台上的硬件特性。
　　目前版本的ARToolKit同时支持Video(普通视频) 和标准的see-through AR . Video see-through AR 是指将虚拟图像覆盖到实时视频。标准的see-throughAR要求使用者具备头部现实设备(带在眼睛上的那种摄像设备)，并且它有着更加复杂的视频标准和注册要求。
　　随时欢迎任何关于ARToolKit 的交流、问题和BUG提交。关于新版本的发布、活跃的用户群、正在使用ARToolKit的开发者这些信息都可以通过 ARToolKit 的邮件获得，并且有一个活跃的社区（BBS） (见 community webpage). Bug reports and fixes,(Bug 报告和修复) patches,(补丁)and feature requests (要求新增功能)，这些常规项目自然也有。你可以通过上面的连接访问位于 SourceForge 的 ARToolKit项目。


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安装Artoolkit

介绍
　　本质上讲， ARToolKit 是一个许多软件库的集合--一同连接到目标程序。所以 ARToolKit是以源代码形式发布的，而你必须自己编译它--在指定的平台和操作系统环境下（这不就是偷懒嘛）。你需要一个对应操作系统下的开发环境，每个平台上都有免费的开发环境可用。当然也可以在不免费的VS中编译（无语了）。
　　虽然 ARToolKit 为各个平台提供了同样的函数（接口），但是安装则不尽相同。在这篇文章里我们将指导你在不同的环境下进行安装。（挺温暖哈，不过我只摘了Windows平台）
　　你的机器、操作系统和平台都必须满足基本需求。你的硬件必须包括一个视频流输入设备和足够的（剩余的）CPU去执行视频的处理和显示任务。同时也依赖于许多其他的库，这对于编译和连接来说非常重要。
　　最主要的依赖库是OpenGL ，GLUT。另外就是视频处理库，如DirectShow,V4L,QuickTime等。我们会在下面列出各个平台上相关的依赖库清单。
生成
<!-- WINDOWS -->在Windows平台上生成
必备条件

必备条件	介绍
开发环境	支持 Microsoft Visual Studio 6和 Microsoft Visual Studio .NET 2003，不过你也可以用其他免费的开发环境进行生成 (例如 Cygwin, http://www.cygwin.com/)
DSVideoLib-0.0.8b-win32	在Windows平台上,DSVideoLib 用于和摄相头驱动进行通信.ARToolKit 2.71 要求使用DSVideoLib-0.0.8b 或以上版本。以下地址提供了源代码和二进制库文件的下载 ARToolKit downloads page on sourceforge.
GLUT	检查是否安装过GLUT运行时库和SDK.如果没有，你可以从这里下载到http://www.xmission.com/~nate/glut.html 　　检查你的系统里有没有GLUT运行时库，比如 c:\windows\system32 glut32.dll 　　检查你的VS是否有GLUT的SDK Include\gl\glut.h Lib\glut32.lib
DirectX Runtime	DX9.0b 以上
视频输入驱动	将摄相头接到电脑上，安装好必需的驱动. 运行amcap.exe 以检查你的摄相头是否安装了VFW 或WDM驱动（可以在DX SDK中找到，Samples\C++\DirectShow\Bin）。检查你的驱动列表(见插图1). 插图1: amcap程序运行截图
(可选的, 使用VRML需要这个) OpenVRML-0.14.3-win32	你可以在这里下载到OpenVRML的源代码和二进制文件 ARToolKit downloads page on sourceforge.

生成 ARToolKit
现在你可以开始生成 ARToolKit 了.生成步骤如下:

• 将ARToolKit随便解压缩到一个路径下，下面的步骤将以{ARToolKit}代指这个路径
  
• 将DSVideoLib 解压缩到 {ARToolKit}.确保文件夹名称为"DSVL".
  
• 将 DSVL.dll 和DSVLd.dll从 {ARToolKit}\DSVL\bin拷贝到 {ARToolKit}\bin.
  
• 将GLUT 的DLL 扔到 Windows 的System32 文件夹,在VS中设置好 GLUT的头文件和库文件
  
• 运行脚本{ARToolKit}\Configure.win32.bat ，它将创建 include/AR/config.h.
  
• 打开ARToolKit.sln (VS.NET 2003)或者 ARToolkit.dsw (VS6).
  
• 生成.
  

VRML渲染库和例子是可选的:

• 解压缩 OpenVRML到 {ARToolKit}.
  
• 将js32.dll从{ARToolKit}\OpenVRML\bin拷贝到 {ARToolKit}\bin.
  
• 在VS中加载libARvrml和 simpleVRML项目，生成。
  

运行应用程序和例子
　　当前版本的 ARToolKit 不再需要特定的路径了；目前ARToolKit 工程中设置的路径能够适用于编译你的ARToolKit应用程序（就好了，我们自己肯定要改的撒） 将ARToolKit编译为静态库，它就可以被连接到任意程序了。为了使用ARToolKit，你需要一些有效的标记卡（识别卡）:一些默认的标记卡在 patterns文件夹中。你可以使用任何PDF阅读器打开它并打印出来。它们对你接下来的实验很有用。ARToolKit需要比较硬的标记卡（刚体），一个简单的方法就是将纸片粘到卡片上（参见 hardware）。然后你需要检测ARToolKit 的图形部分是否工作正常。运行 bin 文件夹下的 graphicsTest.exe ，如果一切正常，将出现如下的窗口：

图象显示检测截图

接下来的检测将测验你的摄象机是否支持ARToolKit 基于OpenGL的图象模块。推荐使用15fps,低于这个速度将对ARToolKit 的渲染产生影响（参见 FAQ ）。当然首先你得检测摄象机是否工作正常。运行bin 文件夹中的videoTest 程序，如果没有问题，将出现如下图所示的画面。


视频检测截图
如果什么都没显示，多半和你的摄象机默认配置有关。（参见 FAQ）

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运行第一个例子程序

介绍
　　一旦ARToolKit 安装好，就可以运行一个简单的程序来检验一下。simpleTest 或者其他程序（取决于你的ARToolKit 版本）。
PS：2.7.2 运行 simpleLite 会好一些，弹出来的对话框如果点确定没什么效果，或出现无法连接到camera,试试点取消。
　　为了能完整的进行测试，你需要将patterns文件夹下的hiroPatt.pdf 打印出来(其实直接照屏幕都行,Camera又分辨不出什么是纸)。最好能将它制作成一张卡片。
　　所有的例子程序都输出到同一个目录，文章接下来将描述在各个平台上运行例子程序时的具体情形。



运行 ARToolKit

　　不管在哪种平台下，你都有2种选择：双击应用程序或者使用命令行：使用后者更好，因为ARToolKit 使用标准输出流。每种平台下，在执行ARToolKit 主循环代码前，都会弹出配置视频模式的对话框。
　　
Windows 平台

双击 bin 文件夹中的simple.exe 程序。出现一个DOS控制台窗口和一个对话框，当点击确定后，摄像机将启动。或者通过命令行启动。


Windows平台摄像机配置

通过该对话框可以调整输出视频的尺寸和像素格式。你需要多试几下，以便使你的ARToolKit 程序更好的跟踪标记（因为视频压缩是一件非常消耗CPU的事）。一些驱动程序还可以使你调整摄像头的帧数。默认的设置可能并不适合你的摄像机（参见 FAQ）



　　这个例子向你展示了一个基于 ARToolKit 的视频软件，在下一个章节我们将简单了解 ARToolKit 的工作原理。

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Artoolkit 的工作原理

• 基本原理
  
• 局限性
  

基本原理基于ARToolKit 的应用程序可以在实时视频中显示有景深的虚拟影像（透视投影）。虽然看上去有点象魔法，但不是的。秘密在于用于跟踪的黑色形状标记。ARToolKit 的跟踪步骤如下：　　

• 摄像机捕获真实世界的视频，并将它传送给计算机。
  
• 软件监控视频流中的每一帧图像，并在其中搜索是否有匹配的图形标记。
  
• 如果找到了，ARToolKit 将通过数学运算计算出图形标记和摄像头的相对位置（投影变换矩阵）。
  
• 得到摄像头的位置之后，此来调整模型的位置和方向。
  
• 将模型渲染到标记卡所在（帧画面）的位置。
  
• 最终输出到显示设备的视频流是进过处理的，因此当人们通过显示设备看到视频（而不是直接拿眼睛看真实世界）时，模型便覆盖到拍摄到的真实世界画面上了。
  

下面这张图描述了ARToolKit如何实时跟踪标记，并将模型显示到正确的位置的过程。





局限性
目前完全由电脑实现的AR系统存在着一些局限性。基本上只有当标记完全出现在视频中，虚拟对象才会出现，这会限制虚拟对象的尺寸和移动速度。这也意味着如果用户用手或者其他物体遮挡了标记，虚拟形象也将消失。
有效范围也是问题。标记的实际尺寸越大，能跟踪的距离越远。表1列举了一些标记尺寸和最大有效范围的数据。测量的方法是移动标记和摄象机，直到虚拟对象消失为止。　　

Pattern Size (inches)	Usable Range (inches)
2.75	16
3.50	25
4.25	34
7.37	50

表1：不同尺寸的标记和对应的跟踪最大范围


同时范围也会受到标记的复杂程度的影响。标记越简单，跟踪效果越好。一整块纯黑或纯白的标记效果是最好的（- -#）。如果将上表中4.25英寸的标记弄的非常复杂，跟踪距离将从34英寸减少到15英寸。

跟踪效果也会受到摄象机和标记的相对朝向的影响。标记最好的状态就是水平出现在摄象机画面中。相对角度越小，越难正确识别标记。
　　

　　最后，跟踪效果还受到光照条件的影响。光可能产生反射和折射，这会令识别标记更加困难。为了减少这样的情况，可以使用一些不容易产生反射的材质来制作标记。比如使用三夹板（建筑材料）。在工艺品店买到的名为“fuzzy”的带绒毛的纸张（不知道是什么，听起来象劣质手纸...）效果也很好。
　　

　　你可以在如下页面中得到更多信息 page.





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校准你的摄像头

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占位...

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占位...

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占位...