1、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)主要是通過計算機模擬產(chǎn)生一個3D虛擬世界，讓用戶在其中通過視覺、聽覺、觸覺等感知體驗，產(chǎn)生身臨其境的感覺。沉浸感、交互性和構(gòu)想性是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三個基本特征。近年隨著智能手機性能的提高，基于手機的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（文中稱之為移動虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)）因其便攜、易用、價格低廉以及支持用戶在物理空間自由移動等優(yōu)點，越來越受到青睞，在游戲、教育等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，該類系統(tǒng)因受其計算與存儲能力等

2、因素制約，在實時交互等方面還面臨不少挑戰(zhàn)。
　　首先，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)更強調(diào)交互的自然性。顯然，傳統(tǒng)的基于鼠標(biāo)和鍵盤的交互方式不能適應(yīng)這種需求。一種自然地實時交互方式是用戶通過在物理空間的自身運動，來驅(qū)動虛擬場景的相應(yīng)變化。因此，對用戶的位置進行跟蹤是此類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一個重要組成部分。位置跟蹤的精度則會影響用戶真實感體驗。在實際應(yīng)用中，考慮到便攜性、成本、易于布置實現(xiàn)等因素，常用單個RGB-D相機（如Kinect）進行用戶跟蹤。但是

3、，在支持多人協(xié)同交互的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，對于多人跟蹤，采用單個相機必然存在遮擋問題。特別是對于長時間、完全遮擋問題，目前還沒有很好的解決辦法。為此，本文在低成本、便攜、易于布置等實際需求下，研究了如何基于單個RGB-D相機進行多人跟蹤問題，以解決長時間、完全遮擋問題，支持多人間更好的實時協(xié)同交互。
　　另外，虛擬場景繪制速度也是影響實時交互體驗的一個重要因素。目前，基于智能手機的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)越來越多。該類應(yīng)用系統(tǒng)如虛擬博物館系統(tǒng)等可

4、能面對不同的用戶，其采用的手機設(shè)備也可能不同。受不同設(shè)備性能的制約，各類系統(tǒng)所顯示的虛擬場景的規(guī)模還比較有限。目前的建模方式很少考慮不同手機設(shè)備的多樣性和實際的運行能力，適用性較差。本文針對此類需求，研究了可適應(yīng)不同手機設(shè)備實時交互顯示的虛擬場景優(yōu)化布置策略，以實現(xiàn)不同型號、不同實際運行性能的設(shè)備上實時交互顯示不同規(guī)模的虛擬場景。
　　本文還探索研究了支持用戶創(chuàng)新設(shè)計和多通道自然交互的虛擬現(xiàn)實新模式。目前，常見的虛擬場景設(shè)計系統(tǒng)中

5、，虛擬場景的設(shè)計一般不是最終用戶進行設(shè)計，而是由系統(tǒng)提供者事先設(shè)計好后提供給最終用戶使用。但是，如何支持用戶表達自己的創(chuàng)造力并體驗自己創(chuàng)造的虛擬場景成為目前的一種新的需求。為此，本文研究提出一種支持用戶創(chuàng)新設(shè)計和多通道自然交互體驗的移動虛擬現(xiàn)實新模式，為用戶提供融合虛實空間的虛擬場景內(nèi)容設(shè)計的功能支持，使用戶借助日常標(biāo)記工具（如粉筆、彩帶），僅僅利用智能手機即可快速實現(xiàn)虛擬世界的構(gòu)造，并通過物理空間與虛擬空間的融合進行自然交互體驗自己設(shè)

6、計的虛擬場景。
　　歸納的，本文的創(chuàng)新點和主要貢獻包括以下幾個方面:
　　1.提出了融合影子線索的多用戶實時位置跟蹤算法
　　針對多人協(xié)同交互的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，單個RGB-D相機進行多人跟蹤存在的遮擋問題，本文首次引入用戶影子作為一個重要線索實現(xiàn)被遮擋用戶的跟蹤，而不像目前已有方法一樣將影子作為一個噪聲等干擾因素進行剔除。并通過融合RGB-D相機中捕獲的用戶的影子圖像信息和骨架數(shù)據(jù)，提出了一種新的基于RGB-D相機的多

7、人位置跟蹤算法，實現(xiàn)多用戶的實時跟蹤。具體地說，當(dāng)RGB-D相機可以檢測到用戶骨架時，系統(tǒng)直接利用骨架數(shù)據(jù)進行用戶檢測和跟蹤;當(dāng)骨架數(shù)據(jù)丟失時，系統(tǒng)便采用用戶影子的圖像信息進行位置估計。在不需要額外傳感器設(shè)備的情況下，本文方法可實現(xiàn)單RGB-D相機的多人位置實時跟蹤。該算法已經(jīng)成功應(yīng)用在消防模擬訓(xùn)練系統(tǒng)和迷宮游戲系統(tǒng)等移動虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。實驗結(jié)果和應(yīng)用實踐表明，本文提出的方法可以較好地解決用戶長時間、完全被遮擋情況下的跟蹤問題。此外，提出

8、的方法也可以解決因非遮擋導(dǎo)致的用戶跟蹤丟失問題，從而提高了Kinect的人體跟蹤能力。
　　2.提出了可適應(yīng)不同手機設(shè)備實時交互顯示的虛擬場景優(yōu)化布置策略
　　考慮不同手機設(shè)備的多樣性和實際的運行能力，本文針對手機設(shè)備上迷宮等室內(nèi)場景的快速繪制問題，提出了一種可適應(yīng)不同設(shè)備實時交互顯示的虛擬場景優(yōu)化布置策略。該策略主要特點是:在場景設(shè)計階段即將用戶體驗端的設(shè)備性能作為設(shè)計布置虛擬場景的重要因素之一，考慮如何優(yōu)化布置虛擬場景，

9、以適應(yīng)不同型號的手機設(shè)備性能;并設(shè)置特殊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，給出基于該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的加速繪制方法，實現(xiàn)了不同手機設(shè)備上實時繪制大規(guī)模場景的能力。
　　3.提出了支持用戶創(chuàng)新設(shè)計和多通道自然交互的虛擬現(xiàn)實新模式
　　本文還提出一種支持用戶創(chuàng)新設(shè)計和多通道自然交互的虛擬現(xiàn)實新模式，為用戶提供融合虛實空間的虛擬場景內(nèi)容設(shè)計的功能支持，使用戶借助日常標(biāo)記工具（如粉筆、彩帶），僅僅利用智能手機即可快速實現(xiàn)虛擬世界的構(gòu)造，并通過物理空間與虛擬空間的融

10、合進行自然交互體驗自己設(shè)計的虛擬場景。此模式可以很好地將物理空間與虛擬空間，創(chuàng)新設(shè)計與VR體驗進行融合，給用戶一種新的體驗:為一般用戶提供快速、靈活的虛擬現(xiàn)實內(nèi)容創(chuàng)作平臺;提供用戶與虛擬世界互動的實時自然交互方式，用戶的運動和姿態(tài)將影響著虛擬世界的變化;支持多人協(xié)同設(shè)計與體驗，增強體驗的趣味性和參與性，保證用戶之間的社交互動。特別的，本文提出了通過日常工具在物理空間中進行虛擬場景創(chuàng)作的概念，這使得一般用戶可以快速、靈活地設(shè)計虛擬場景。用