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增强现实AR导航在室内场景应用方案探讨

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幽香拾月 发表于 2023-1-23 17:09:42 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
戴  要

几个世纪以去,人们对导航的需供日趋增加,当代建立设想的庞大水平使得人们对导航的需供更加激烈。为进一步研讨比照室内乱导航定位手艺,引见了几种支流室内乱导航定位手艺的道理及海内开展状况,包罗无线(Wi-Fi)定位手艺、蓝牙定位手艺、UWB定位手艺。基于传统计划的陈述,总结计划的使用短板,阐明室内乱定位导航的迫切性。提出了加强理想AR导航计划,阐明了加强理想AR导航定位的完成及枢纽手艺,讨论了该手艺正在今朝市场上的劣势及使用存正在的成绩,并正在此根底上总结加强理想AR导航3个重面使用场景。

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概 述

导航,一小我私家类糊口起居天天皆需求面对话题,几个世纪前人们利用罗盘停止导航,21世纪人们利用百度舆图、下德舆图停止导航。可是即便有那么多疑息装备的帮助,许多人仍旧有过如许的阅历:去到一个本人没有熟习的场景,出格是正在一些GPS旌旗灯号禁绝确的室内乱场合,很易正在修建物内乱部找到一些特定的所在。用户调研显现,正在一些年夜型的机场、水车站、病院等,用户常常需求更多的工夫才气找到特定地位,其次要缘故原由是正在那些年夜型的室内乱场合中,GPS旌旗灯号禁绝确,而且那些修建常常里积很年夜、内乱部道路庞大,当用户对场景没有熟习时,找到特定地位便存正在很年夜的艰难。

今朝存正在着很多的室内乱定位导航手艺,好比蓝牙定位导航、UWB定位导航、ibeacon定位导航等。可是那些定位导航手艺,一圆里需求展设专有装备,装备的购置战保护需求投进很多资金;且普通室内乱场景,诸如机场、水车站、病院等皆有着严厉的频谱办理,没有许可架设零丁的频谱资本。另外一圆里,不论是基于蓝牙仍是ibeacon皆需求用户正在操纵的时分翻开蓝牙旌旗灯号,存正在保守用户隐公的风险;同时,基于蓝牙大概ibeacon的定位导航没法给用户供给图文指导,只是基于2D舆图的导航,没法完成正在室内乱的粗准导航。

跟着疑息手艺的开展,加强理想AR手艺成了室内乱导航的最好挑选。基于机械视觉的加强理想AR导航手艺没有需求展设任何装备装备,用户只需求一部脚机便可完成不变粗准的室内乱导航。本文次要散焦会商加强理想AR导航计划的手艺完成,好坏势陈述,重面讨论了加强理想AR导航正在三年夜场景的使用陈述战删值营业拓展,至于详细的收集布置对标久没有详议。

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现有室内乱导航手艺陈述

取室中卫星导航金瓯无缺的状况纷歧样,室内乱导航显现了百花齐放的情况。今朝利用较多的3种室内乱导航别离是基于Wi-Fi的室内乱定位导航、基于蓝牙的室内乱定位导航战基于UWB的室内乱定位导航。

2.1  Wi-Fi室内乱定位导航手艺

Wi-Fi定位根本道理如图1所示。

图1 Wi-Fi定位根本道理

a)每个无线AP皆有一个环球独一的MAC 地点,而且普通来讲无线AP正在一段工夫内乱是没有会挪动的。

b)装备正在开启Wi-Fi的状况下,便可扫描并搜集四周的AP旌旗灯号,不管能否减稀,能否已毗连,以至正在旌旗灯号强度不敷以显现正在无线旌旗灯号列表中的状况下,皆能够获得到AP播送出去的MAC地点。

c)装备将那些可以标识AP的数据收收到定位效劳器,效劳器检索出每个AP的天文地位,并分离每一个旌旗灯号的强强水平,计较出装备的天文地位并返回到用户装备。

d)无线AP取基站根本没有会挪动的状况差别,地位效劳商要不竭更新、弥补本人的数据库,以包管数据的精确性。

Wi-Fi定位办法今朝次要有2种,别离是三角定位战指纹定位。

2.1.1 三角定位

假如已知四周AP的地位,挪动装备能够检测各AP的无线旌旗灯号强度,操纵旌旗灯号衰加模子预算出挪动装备取各个AP的间隔,然后按照挪动装备到四周AP的间隔绘圆,其交面便是该装备的地位。很简单发明,三角定位算法需求提早明白AP的地位,因而没有合适利用正在情况变革较快的场所。Wi-Fi三角定位表示如图2所示。

图2 Wi-Fi三角定位

2.1.2 指纹定位

事前记载巨量确实定地位面的旌旗灯号强度,画造一幅旌旗灯号Map。指纹定位经由过程将新参加的装备的旌旗灯号强度取具有巨量数据的数据库停止比照,去肯定地位。指纹定位比拟三角定位算法粗度更下,可是收罗事情量年夜,而且要按期停止保护。Wi-Fi指纹收罗如图3所示。

图3 Wi-Fi指纹收罗

Wi-Fi定位导航能够正在普遍的使用范畴内乱完成庞大的年夜范畴定位、监测战逃踪使命,可是用于室内乱定位的粗度只能到达2m阁下,没法做到粗准定位。

2.2  蓝牙室内乱定位导航手艺

蓝牙手艺是一种短间隔低功耗的无线传输手艺,次要使用于小范畴定位。蓝牙疑标手艺今朝布置的比力多,也是相比照较成生的手艺。该手艺开始由诺基亚倡议。2013年,苹果公布了基于蓝牙4.0低功耗和谈(BLE)的iBeacon和谈,次要针对批发业使用,惹起了普遍存眷。iBeacon蓝牙疑标手艺的一般运做,需求蓝牙疑标装备、智能末端上的使用、云端上的使用背景协同事情。iBeacon室内乱定位如图4所示。

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图4 iBeacon室内乱定位

疑标经由过程蓝牙背四周播送本身的ID,末端上的使用正在得到四周疑标的ID后会采纳响应动作,如从云端背景推与此ID对应的地位疑息、营销资讯等。末端能够丈量其地点天的领受旌旗灯号强度,以此预算其取疑标间的间隔。因而,只需末端四周有3个或3个以上的疑标,就能够用三角定位办法计较出末真个地位。

蓝牙定位手艺最年夜的长处是装备体积小、易于散成正在PDA、PC和脚机中,因而很简单推行提高。实际上,关于持有散成了蓝牙功用的挪动末端装备的用户,只需装备的蓝牙功用开启,蓝牙室内乱定位体系就可以够对其停止地位判定。接纳该手艺做室内乱短间隔定位时简单发明装备,且旌旗灯号传输没有受视距的影响。按照差别公司利用的手艺手腕或算法,粗度可连结正在3 m~15 m。

今朝蓝牙定位手艺的次要成绩正在于需求下稀度布置蓝牙疑标,加上硬件用度较下,且iBeacon正在电池耗尽后需求改换,体系本钱偏偏下。

2.3  UWB室内乱定位导航手艺

UWB手艺是一种传输速度下,收射功率较低,脱透才能较强而且是基于极窄脉冲的无线手艺,无载波。恰是那些长处,使它正在室内乱定位时能获得较为准确的成果。超宽带室内乱定位手艺常接纳TDOA演示测距定位算法,便是经由过程旌旗灯号抵达的工夫好,操纵单直线穿插去定位的超宽带体系(包罗发生、收射、领受、处置极窄脉冲旌旗灯号的无线电体系)。超宽带室内乱定位体系包罗UWB领受器/UWB基站、自动UWB标签、定位引擎战背景办理体系。定位过程当中由UWB领受器领受标签收射的UWB旌旗灯号,经由过程过滤电磁波传输过程当中搀杂的各类噪声滋扰,获得露有用疑息的旌旗灯号,再经由过程中心处置单位/定位引擎停止测距定位计较陈述。UWB定位体系架构如图5所示。

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图5 UWB定位体系架构

超宽带体系取传统的窄带体系比拟,具有脱透力强、功耗低、抗滋扰结果好、宁静性下、体系庞大度低、能供给0.1 m~0.5 m级定位粗度等长处。可是便今朝的状况而行,UWB装备价钱高贵,布置本钱比力下,固然正在专业范畴中使用普遍且表示极佳,但易以进进消耗级市场。

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加强理想AR真景导航手艺计划

取传统手艺计划(Wi-Fi、蓝牙、GPS、UWB)比照,加强理想AR真景导航计划无需利用蓝牙、GPS等传统的导航手艺,能够有用制止大批装备的装置取保护,节流大批施工保护工夫战用度本钱。加强理想AR真景导航次要依托下粗度室本地图取计较机视觉手艺,能够为室内乱场景供给不变、粗准的加强理想AR真景导航。

3.1  加强理想AR真景导航计划

加强理想AR真景导航计划是基于机械视觉的导航方法,以加强理想ARCore、加强理想ARkit的加强理想AR通用才能为根底,利用 启载加强理想AR导航功用,并开辟婚配多种挪动末端。利用加强理想AR导航后,举起脚机便可主动开启摄像头,进进加强理想AR导航形式,可正在实在的门路绘里中曲不雅天看到转背、曲止、转直战目标天等箭头标识,用户间接随着箭头走便可,同时装备语音提醒,极年夜低落了读图的了解本钱。加强理想AR真景导航能正在庞大的室内乱场景,供给快速、便利、粗准的真景导航。加强理想AR真景导航计划架构如图6所示。

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图6 加强理想AR真景导航计划架构

下粗度混淆理想空间感知仄台包罗下粗舆图云效劳、收罗战开辟完好的东西链、散成抢先的各种野生智能AI算法。

团体仄台以云效劳情势显现,分为四年夜云效劳模块:定位效劳、重修效劳、舆图效劳战根底效劳。正在四年夜根底才能模块之上拆建收罗东西,对接ISV等开辟者。同时对接前端APP、小法式、H5页里及内乱容东西等内乱容。撑持接进unity版本、Web版本等营业SDK。支持丰硕的内乱容运营东西链及用户3D舆图、2D舆图等数据。

加强理想AR真景导航利用视觉的三维重修手艺去处理舆图构建战途径计较的成绩,视觉定位手艺去供给更下粗度的定位才能和传感器地位推算取衬着手艺去完成愈加准确的加强理想AR交互显现,其算法道理战流程如图7所示。

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图7 加强理想AR导航算法战流程

下粗度视觉定位体系经由过程真景数据收罗和效劳端建图的方法对情况停止齐圆位建模。体系将收罗包罗差别工夫、差别气候的数据,成立片面的时空数据模子。

客户可使用脚机、仄板电脑等装备的摄像头扫描情况,将摄像头获得的图象传到云端,经由过程野生智能AI算法提与枢纽疑息取空间建模疑息停止婚配,获得图片对应视角的地位战姿势疑息并返回到挪动端装备。按照情况差别的特性状况,定位均匀粗度正在0.5 m以内,完成厘米级齐域下粗度情况定位。加强理想AR导航粗度如图8所示。



图8 加强理想AR导航粗度

下粗度加强理想空间感知仄台的中心功用是分离云端下粗度定位战挪动端6DoF及时跟踪的空间计较才能。

正在挪动端6DoF及时跟踪才能上,能够按照差别的挪动末端,设想战完成最劣的SLAM处理计划。包罗里背通用脚机的SLAM计划,里背加强理想AR头隐的SLAM算法,和里背H5战小法式的SLAM算法,完成笼盖末端战争台最广的6DoF及时跟踪引擎。按照差别末端战争台挑选最劣的算法计划,充实阐扬了仄台的特征,给用户供给最劣的加强理想AR结果。

空间计较深度交融了下粗度定位才能战挪动端6DoF及时跟踪才能,使得用户既能够正在部分场景有较好的及时加强理想AR体验,又能够正在年夜场景、少工夫的加强理想AR体验中连结定位战跟踪粗度。

3.2  加强理想AR真景导航劣势

3.2.1 下粗度加强理想AR定位战导航机能

加强理想AR导航之以是正在室内乱场景下度可用,是由于基于今朝的室内乱导航手艺去看,导航定位粗度很低,没法给客户供给下粗度导航效劳。而加强理想AR导航是基于机械视觉及野生智能AI手艺,基于下粗度混淆理想空间感知仄台完成的加强理想AR导航体系可到达很下的机能。详细定位导航粗度如表1所示。

表1 导航粗度表

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3.2.2 跨仄台战多末端表示方法

加强理想AR导航手艺撑持IOS战Android操纵体系,撑持小法式、H5、APP等多种展现方法,客户能够按照对应的需供挑选适宜的表示方法。特别是正在  战小法式流行的明天,假如为了导航让客户下载一个APP,对客户来讲是一个承担,加强理想AR导航计划能够按照客户的需供停止本性化定造。

3.2.3 下可用的云端定位效劳

室内乱定位导航最主要的是不变可用。正在用户需求接进时,基于下粗度混淆理想空间感知仄台构建的云端定位体系,撑持静态扩大战下并收,能够按照营业场景需供停止扩容战静态调解。

3.2.4 年夜范围、下服从舆图收罗战重修才能

加强理想AR导航中很主要的一部门是需求对场景停止收罗战建模,今朝可撑持低本钱战下服从的收罗,收罗速率可达每人天天收罗10万m2。加强理想AR导航的下粗度混淆理想空间感知仄台撑持构建超100万m2的年夜范围三维舆图,而且每1万m2的建图工夫小于2 h(单台效劳器),可完成超下服从的舆图重修。

3.2.5 加强理想AR内乱容可运营、可更新

操纵云端办理背景东西,可完成加强理想AR内乱容的及时更新战按需运营,如加强理想AR唆使牌的主题、所在可按照实践举动需求自界说编纂更新,满意营业场景变动的需供。

3.3  加强理想AR真景导航使用存正在的成绩

3.3.1 短少同一底层仄台

加强理想AR导航之以是能正在室内乱场景供给下粗度定位,是由于导航依靠于底层仄台战导航算法。该算法需求战加强理想ARCore战加强理想ARkit停止适配。今朝市场上缺少同一的底层仄台,多个手艺厂家皆各为一家,招致加强理想AR导航正在利用的时分需求别离来适配差别的脚机导航算法,会存正在部门末端没法适配的状况,且适配事情量年夜,会从侧里增长加强理想AR导航布置本钱。

3.3.2 收集布置本钱较下

为了包管加强理想AR导航的利用,需求布置5G室内乱散布体系,当修建很庞大时,会招致本钱较下。别的,正在年夜场景下利用加强理想AR导航,比方笼盖里积到达100万m2,建模发生的数据量很年夜,为了包管用户利用结果需求正在当地修建物四周布置MEC。布置MEC触及到装备装备的采购、硬件的布置等,关于企业来讲也是一项本钱收入。

3.3.3 末端需适配

加强理想AR导航是经由过程底层仄台建模,操纵导航算法挪用脚机装备,同时要利用脚机装备的 SLAM 才能等。加强理想AR导航是基于消耗者小我私家用户的产物,假如要普遍放开,便意味着需求适配装备厂商的每款脚机。可是,今朝那项事情存正在艰难:第一是小我私家用户利用的脚机品种过量,没法逐个适配,只能适配对应的脚机体系硬件版本,如许会招致部门脚机被漏掉;第两是每款脚时机存正在本性化的成绩,必需正在利用过程当中才气发明成绩。基于以上艰难,加强理想AR导航正在实践用户利用的时分,没法100%包管每一个用户的利用结果。

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加强理想AR真景导航正在室内乱使用

场景

4.1  加强理想AR真景导航正在病院使用场景

年夜型病院修建里积年夜,科室浩瀚,患者正在救治经常由于没法实时找到对应科室而耽搁救治。据上海某病院的指导护士引见,“叨教xxx处所怎样走”此类成绩他们天天皆要答复上万次。而病院内乱存正在大批用于诊治的疑息装备,传统的蓝牙导航战Wi-Fi导航皆没法利用,由于需求架设零丁频段,会影响到那些疑息装备的利用。对病院来讲接纳加强理想AR真景导航火烧眉毛。

加强理想AR真景导航能够散成正在病院民圆 上,为患者供给便利的导航效劳。无需架设零丁的频段,无需用户采购装备装备。患者利用本人的脚机,便可完成正在实在的门路绘里中曲不雅天看到转背、曲止、转直战目标天等箭头标识,用户间接随着箭头走便可,同时装备语音提醒,极年夜低落了读图的了解本钱,能正在庞大的病院场景,供给快速、便利、粗准的真景导航。加强理想AR真景导航病院使用如图9所示。

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图9 加强理想AR真景导航病院使用

4.2  加强理想AR真景导航正在贸易空间使用场景

年夜型阛阓修建里积年夜,包容商家多,消耗者正在购物时常常没法实时找到对应商家的地位,给消耗者带去很多搅扰。据查询拜访显现,“叨教xxx处所怎样走”,导购台天天皆要答复几千个相似的成绩。别的,新的营销形式屡见不鲜,消耗者愈来愈不克不及满意于仄里的、2D的宣扬告白。消耗者念要愈加曲不雅天理解商品,以至期望可以借助加强理想AR手艺战商品或市肆不祥物停止互动。

加强理想AR真景导航能够散成正在阛阓民圆 、小法式大概APP上,为消耗者供给粗准的室内乱导航效劳。正在此根底上,导航体系取阛阓运营体系买通后,可供给加强理想AR导览、加强理想AR景不雅、加强理想AR白包、加强理想AR游戏等阛阓内乱空间互动体验,不竭为线下阛阓引流,完成线上线下贱量互通,增进店家贩卖转化,加强理想AR真景导航商超使用如图10所示。

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图10 加强理想AR真景导航商超使用

4.3  加强理想AR真景导航正在景区&专物馆使用场景

不管是景区、专物馆仍是展厅,经由过程布置加强理想AR真景导航处理计划,不只能处理庞大场景下导览体验好的成绩,借能基于该计划完成加强理想AR假造导游、文物3D化展现、汗青场景回复复兴、修建可浏览、互动游戏、加强理想AR觅宝等真假交融的齐新交互体验,多维度战旅客深度毗连,有用提拔线下贱量。加强理想AR真景导航文旅使用如图11所示。

图11 加强理想AR真景导航文旅使用

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完毕语

跟着C端用户不竭夸大个别感知,大批效劳于人群的室内乱修建不能不供给室内乱导航效劳。固然Wi-Fi定位导航、蓝牙定位导航战UWB定位导航,能够正在一些使用范畴内乱完成庞大的年夜范畴定位、监测战逃踪功用,可是那些室内乱导航定位办法受限于粗度、装备装备采购换新、本钱等成绩,今朝没法面临C端用户地点地区年夜范围睁开利用。从导航定位数字化生长空间战手艺开展去看,差别止业、差别场景的丰硕需供是加强理想AR真景导航开展的动力,加强理想AR代表着业界开始进手艺,加强理想AR真景导航计划不只能满意当前战前沿企业导航定位的各类需供,正在建立形式圆里借能够按照需供灵敏布置。跟着加强理想AR手艺逐步成生,加强理想AR真景导航计划将不只为用户供给真景导航功用,借能够经由过程加强理想AR导航战差别止业差别场景的营业需供相分离,使手艺更好天赋强人类糊口。









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[2]闫年夜禹,宋伟,王旭丹,等.海内室内乱定位手艺开展近况综述[J].导航定位教报,2022,7(4):5-12.

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[4]阮陵,张翎,许越,等.室内乱定位:分类、办法取使用综述[J].天文疑息天下,2022,22(2):8-14,30.

[5]刁宗浩,崔洪振,苏降旭,等.基于加强理想AR手艺的导航效劳体系研讨取设想[J].少江疑息通讯,2022,34(6):109-112.

做者简介

蒋佳苹,结业于厦门年夜教,工程师,教士,次要处置云计较、音视频云效劳、云中心网收集设想、加强理想AR/假造理想VR/混淆理想MR立异产物设想等事情;

周莹,初级工程师,硕士,次要处置IT及假造理想VR/加强理想AR/混淆理想MR等立异营业、通讯工程中心网的计划战设想事情;

耿霏,工程师,硕士,次要处置挪动删值营业相干征询设想事情。

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编纂|李星初  考核:姜水明

滥觞:“邮电设想手艺”
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