基于增强现实技术物联网数据呈现与交互.docx

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】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。鉴于加强现实技术的物联网数据表现与交互孙效华,张绳宸,JanDornig(同济大学,上海200082)纲领:目的分析运用加强现实技术支持物联网数据表现与交互的应用方式,并概括其技术实现所需要的支持,为进一步的研究与应用供应思路和方法。方法依据加强现实技术应用于物联网数据表现与交互的合用特色,对其应用可能进行分析描绘。结论加强现实技术在物联网数据表现、数据关系、数据交互、数据模拟、远程加强与共同操作等方面均有广阔的应用空间,能够提高数据表现与交互过程中的直观程度、降低认知负担、支持更多样的表现与交互形式,帮助成立更为智能与易用的物联网系统。重点词:加强现实;物联网;数据表现与交互物联网已经宽泛进入诸多家产的应用,无时无刻不在感知和收集大批的数据。大型物联网系统多包含众多模块,每个模块又由多个物联网设备供应多样化的信息,使得传统形式的LED、仪表、显示屏等数据表现方式没法胜任对大批设备的异样值检测、综合分析、性能评估、问题定位等的支持,也没法自由地切换不一样样细粒度的信息表现,给数据的监测、分析与设备的保护带来了挑战,亟需经过一种用户友善的方式支持物联网数据的表现与交互。与此同时,加强现实(AugmentedReality,AR)技术拥有极强的将虚假内容叠加在现实上的能力。在此种状况下,研究使用AR技术优化与拓展物联网数据表现与交互的必需性应运而生。本文联合有关的最新实践,从AR技术的特色和优势出发,对其在物联网数据表现、关系、交互、模拟、远程加强与共同操作等方面可能的应用方式进行认识析。文章也对在物联网设备环境中支持AR技术进行空间识其余方法以及支持应用实现的必需辅助信息进行了描绘。1国内外研究现状在使用AR技术辅助物联网数据的表现与交互方面,目前国内外已有必定的研究。DongsikJo和GerardJounghyunKim认为,物联网和AR技术是互补关系,二者互相促使对方的作用发挥,并试图成立可扩展的AR物联网交互框架[1];Rambach等人研究使用物体追踪来提高AR用于物联网设备信息交互的功能[2];Wehle,Mainzer,[3]、大规模智能物联网设备观察[4]、AR设备种类对语境敏感的物联网服务交互的影响等不一样样方面,提出了AR技术应用于物联网的可能与方法。刘立等提出利用AR当地计算的特色,还能够够实现跨地区的远程共同[5]。Alexander等指出,智好手机渐渐成为运用AR进行物联网数据表现与交互的重要方法[6]。Apple(iOS)和谷歌(Android)均在近期宣告了相应平台的AR开发工具[7—8],大幅提高了应用AR技术的便利性。同时,Hololens等专用设备也推出了大批对物联网数据可视化应用支持的工具集[9]。对于怎样在物联网环境中对AR的实现供应支持,也有有关研究指出经过增添鉴识标志[10]和供应辅助信息等方法,提高AR在现实物体上精确叠加虚假内容的性能。这些方式已经被很多运转在智好手机或专用设备上的应用所采纳。,为物联网数据的信息表现引入了一个重要的维度,即距离。传统的物联网数据表现形式将全部数据以层级方式或并列方式表现,消解了此中的空间要素,所以在直观性、检索速度、不一样样细粒度的信息表现能力等方面有所短缺。经过引入信息的距离这一变化的维度,鉴于AR的物联网信息表现能够在保证信息细粒度的同时,鉴于距离要素对表现信息进行动向的优选、综合、调整表现方式,供应更小的认知搅乱。同时,AR拥有多样的信息表现方式,除传统的数据、图表形式外,AR支持使用色彩叠加、动向元素等非数据化、图表化的语义化直观形式表现数据。经过选择合用的表现形式,将能够大幅降低物联网数据的阅读、分析与操作中的认知负担与操作难度。远距离物联网数据表现1)表现设备信息概览。较远距离下的视线范围决定了视线中将容纳更多设备,周边环境也将同时处于可见状态,所以,远距离下的物联网数据信息表现,合用于表现可视范围内通过物联网数据分析得出的设备的状态概览,并能够表现设备与数据、设备与环境间的关系性,见图1。2)空间导航信息。在有既定目标的状况下,经过在视线中叠加空间地点信息、导航信息、指向标志、提示符号等信息,将能够加快目标设备、目标信息的定位,有效地提高有关操作的直观性和检索速度。3)动向的可视范围划定。AR技术的基础,在于经过算法对周边空间与自己的地点进行鉴识。鉴于得出的空间与地点信息,能够实现对用户可视范围的预计,据此对数据表现进行优选,并依据用户地点挪动进行优选的更新。在此语境下,对可视范围有两种定义。一是肉眼可见的物联网传感或设备。依据现场的模型等数据,评估某一瞬时某设备对用户的可见性,并据此对其有关信息的表现做出选择。比方,在一个有大批物联网设备的环境下,对于距离远、没法看清细节的设备,能够认为其对用户不可以见,从视线中去除其信息;对于位于另一个房间,不直接可见的设备,也可做相同办理。二是固然肉眼不可以见(如埋于墙壁内、位于大批视线阻拦物之间、位于难以凑近的地区、属于大型设备的一部分等),但属于用户的观察兴趣点或距离用户较近的物联网传感或设备。此时,其可见性的定义就不该当限制于肉眼可见,而是依据其与用户观察兴趣的有关性和距离来确立,并供应给用户自定义可见范围和分组障蔽设备信息显示的选项功能,提高系统的可用性。)情境数据整合。AR用于远距离物联网数据信息表现的的另一个优势,在于其表现的信息直接叠加于大的空间环境,能够整合入必需的情境信息。比方,对于一个生产车间,对拥有AR设备的用户来说,加工流程信息和产品状态数据将能够跟从附有物联网传感的某一产品经过整个加工流程,及时呈现其状态的变化,追踪加工中出现的问题;生产环境中的温度、湿度、空气质量等信息能够附于物联网设备信息的背景之上,为分析供应必需的情境信息。5)远距离信息的语义化表现。对上述情境数据、空间导航信息等远距离信息内容,能够采纳导视符号、箭头、整体环境的颜色覆盖、图形等进行表现,使其更为直观。近距离物联网数据表现1)AR作为代替显示设备的解决方案。物联网设备拥有低成本、小型化、低功耗化的需求,且常作为产品和系统的一部分隐藏此中,平常不具备安装显示设备的条件。AR只依靠用户端显示设备,并能够将信息直接叠加于现实空间,合适作为代替显示设备的解决方案。信息在用户视线中能够直接附着于设备表面或悬浮在周边,与传统现实设备见效等同的同时,拥有更为自由的信息表现方式。2)辅助精确立位。对于已知形态的设备,其各构成部分均可利用AR技术的空间感知能力进行精确的定位,所以,详细功能、操作对象以致操作方式信息,均能够直接叠加在对应部分,为操作供应精确的定位与指引。3)设备链接表现。对于互相拥有功能、输入输出、隶属等链接关系的物联网传感器或设备,能够通过其拓扑构造,对其视觉进步行链接,并将有关的数据进行同时表现。4)及时动向信息标志。对于及时变化的数据,如内部传感器输出数值,物理按钮、旋钮、开关的状态,与其余设备的输入输出或发送接收的数据等,均能够经过在对应地点上叠加标签,供应及时的直观表现。5)有关信息呈现。在语境确立的状况下(如特定检修工作,固定加工流程等),能够进行额外有关信息表现。有关信息可能包含操作指南、备注、历史记录、硬件信息等,见图2。6)近距离信息的语义化表现。对于需要精确立位、正确标志的近距离信息,也能够经过箭头、指示线、弹出框、图形标志、色块等进行表现,在直观化的同时,有助于精确指出信息所对应的地点。、鉴于距离的信息优选能力和多样化的信息呈现方式,能够支持将复杂系统内物联网设备数据与其有关数据、历史数据以及参照数据进行叠加表现,并支持自由地在不一样样的细粒度之间进行切换,使得多维度多细节层次的数据关系成为可能。1)关系数据的表现。经过分析数据的有关性(输入输出关系、影响关系、同类关系等),综合参数输入、设备连结等状况,表现数据之间的关系,能够将单调数据置于其所在环境中,辅助做出更正确的判断。2)比较呈现。在所关注的设备及其关系设备的数据表现上叠加历史数据和指标数据,支持对目前的数据进行实地的比较分析。3)与全局数据的关系表现。将局部数据的表现与全局数据的可视化进行关系,为局部数据分析供应语境。图2来自有关物联网传感器的及时动向信息标志(左下),及设备输入输出的链接信息表现(上方)(lowerleft)andshowinginput/outputlinkinformationbetweendevices(upper),联合AR技术对及时自然交互的支持,为更为直观化、全景化的数据分析与交互行为翻开了新的可能性。经过AR在物理空间中叠加虚拟内容的性质,将能够实现鉴于物理设备和AR设备的双方面交互的无缝联合,并对交互的结果赏赐及时的反应,为复杂系统中的检测分析操作供应不可以或缺的支持。同时,交互也能够为物联网数据表现供应重要的语境信息,为数据优选供应重要依据。鉴于物理与虚假界面的互动操作1)鉴于物理界面的操作。能够在用户对物理界面(旋钮、开关等)进行操作的同时,在其周边以及输入输出接口(线缆、网络)等处直接叠加显示有关状态与数据的更新,见图3。2)鉴于虚假界面的操作。用户也能够经过AR虚假界面进行参数调整,并相同看到及时更新的数据与状态变化。虚假界面能够直接附着于物理设备之上或跟从用户挪动。鉴于目前交互语境的有关数据优选物联网数据的交互,自己具有操作对象、操作行为的语境信息。AR技术的空间定位能力延展了物联网数据交互的信息维度,在其上加入了诸如接近、触碰、挪动等物联网设备自己没法获知的交互行为,从而支持更丰富的语境信息。语境信息与前文所述鉴于距离与设备关系的数据优选能够共同作用于物联网设备产生的大量数据,更为精确地优选出符合目前交互需求的数据,以合适的形式进行表现。-timedisplayoftheresultingdatachangesfrominteraction鉴于视线与设备地点的设备阵列操作对于多个相同物联网设备构成阵列的状况,能够将其视为一个操作群组。当用户地点与设备群组的距离小于特定阈值,则判断为单设备操作模式,分别显示每个设备的操作界面;当大于必定阈值,则将群组作为操作对象,经过显示一个一致的操作界面来进行操作。这类方法能够大幅减少重复的操作,提高显示与操作的效率。、关系和交互外,依靠AR设备还能够够进行物联网数据模拟。模拟过程中,用户能够经过物理和虚假界面进行输入,模拟结果能够以数据或联合实质物体的语义化表现进行展现。(1)参数模拟。在模拟状态下经过AR界面操作对应设备的参数,并获得该操作结果的及时模拟反应。(2)群组模拟。对设备阵列的模拟,能够经过前述的设备阵列操作来进行交互与呈现,提高模拟的效率。(3)环境模拟。在模拟状态下,挪动设备地点、改变参数、调整设备构成、模拟调整物理控制界面等,并经过AR叠加该操作对周边环境的影响。。此中,现实场景能够经过摄像设备获得,不用然需要有关人员出此刻现场,所以,能够利用已经十分红熟的流媒体传输技术,将现实场景图像发送给AR应用进行信息叠加,进而挣脱物理设备所在空间的限制。经过架设常有的摄像设备,能够在几乎任何空间整合AR物联网数据表现与交互系统。也能够加入深度、红外等摄像设备,对专门应用供应支持。同时,对于难以安装静态摄像设备,或有灵巧性要求的场合,以及操作者不可以够进入的环境,能够经过在机器人、动向机械组件、无人机上等安装摄像设备进行拍摄,见图4。-mounteddrone拥有物联网功能的设备正渐渐普及,其构造构成也日趋复杂化。这些大型系统的保护波及到众多的物联网器件,需要大批的专业知识与技术,对专家咨询人员的需求也日趋提高。同时,物联网系统拥有散布式的特色,空间跨度很大,在这类状况下专业的现场支持难以实现,传统的远程辅助方式也难以高效地定位并解决问题。运用AR技术,则能够经过在多个客户端间进行视线的共享和交互的同步,很好的支持远程协同。(1)视线共享。经过及时网络传输,能够在多个终端设备上共享同一AR场景,查察有关数据。如图5中的a过