基于上下文感知的移动增强现实浏览器构建及优化方法研究

发布时间：2018-05-30 23:36

本文选题：增强现实 + 上下文感知　；参考：《北京理工大学》2015年博士论文

【摘要】：随着移动互联网和移动智能终端的高速发展,近年来人们越来越多的使用移动应用程序处理日常事务。基于地理位置信息提供服务的应用以其时效性和便捷性成为最受欢迎的移动应用之一,其中增强现实类浏览器具有将后台信息叠加到实景环境中以提供虚实融合的增强信息的特点,将人机交互方式由键盘鼠标在二维屏幕上的指令转变为体感控制在三维空间的操纵,在其推出后迅速得到了人们的认可。最新的研究成果表明增强现实服务在吸引用户极大关注的同时却出现了使用频率低和使用时间短的状况,现实中表现为增强现实浏览器安装率高而使用率低的矛盾,其内在原因在于开发者对人因问题的忽视导致浏览器在设计阶段就存在缺陷。本文针对移动增强现实浏览器的构建和优化方法开展了深入系统的研究工作,旨在基于光电信息、图像处理、认知科学、设计心理学和人机交互等学科的理论构建新型移动增强现实浏览器系统,并通过迭代设计不断优化浏览器的性能,研究成果有助于解决当前制约移动增强现实浏览器普及应用的诸多人因问题,可以显著改善用户的交互体验。本文的主要研究工作包括:1.针对当前增强现实浏览器中由于标签使用不当阻碍用户认知操作的问题,提出了一种分场景推送上下文感知服务的方法。该方法根据用户寻找兴趣点并检索内容的认知流程划分场景,采用上下文感知四层服务框架分别创建了三个场景的功能模块,基于词汇树的海量场景识别算法和基于BRISK特征的跟踪注册算法实现了场景中兴趣点的精确识别与实时跟踪,最后通过关联三个场景模块构建了完整的移动增强现实浏览器系统。实验结果表明,与同类浏览器相比,基于上述方法设计的移动增强现实浏览器系统在分类准确度上平均提高了13%,用户对系统预测效果的平均满意度提高了26%。2.为了解决当前移动增强现实浏览器中由于设计偏差导致人为失误的问题,提出并实现了一种新型数据可视化与交互设计流程。首先在分析用户需求并比较增强现实浏览器与传统浏览器不同的基础上将需求转化为任务,然后将抽象信息可视化为数据视图,采用概览与细节相结合的方法对视觉元素进行布局,通过将距离概念引入基于角度的标签投影计算实现了可视化界面的增强现实显示,之后使用渐进式交互法组织离散的数据视图并生成交互界面,最终通过对浏览器原型的三次迭代设计解决了评测过程中发现的人为设计错误。对比测试实验结果表明,采用该方法设计的移动增强现实浏览器系统在两项测试任务中的任务负担指数总体得分高于已有的增强现实浏览器约10个百分点,同时在时间需求和受挫程度两项指标上显著降低了用户的认知负担。3.针对如何解决用户在体验层中加深对兴趣点认知这一关键技术问题,提出了一种基于心智模型理论的新型虚实混合式移动导览交互模式。按照所提出的交互模式在遵循以用户为中心的设计原则下,基于微观和宏观心智模型理论,在分析用户需求的基础上通过反复的可用性测试对开发的增强现实浏览器的交互界面进行迭代设计,使得交互体验不断趋近用户的心理预期。实验结果表明,与已有的增强现实浏览器相比,基于该交互模式的移动增强现实浏览器系统调动了用户主动进行交互的积极性,提高了人机交互的易用性和时效性。4.为了解决由于数据无线传输速度有限和手机图形渲染能力不足造成的用户交互体验中断问题,提出了一种简化三维场景模型复杂度并改进资源集配置与加载的增强现实浏览器性能优化流程。首先通过法线贴图逆向映射精简三维模型的几何结构,在创建虚拟场景后生成场景预设并把模型封装为资源集,然后根据模型被场景调用的频率将所有模型划分为云端的区别模型和手机端的常用模型,最后在还原场景时从云端和手机端异步加载资源集。实验结果表明基于该流程优化的增强现实浏览器系统在资源集载入阶段减少了手机内存一半以上的占用量,提升了用户交互的流畅度,同时视图的刷新帧速率有了两倍以上的提升,改善了交互界面的显示质量。
[Abstract]:This paper presents a new type of mobile augmented reality browser system based on information , image processing , cognitive science , design psychology and human - machine interaction .
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41

【相似文献】