淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-1909201417253500
中文論文名稱 智慧型手機上之擴增實境導航系統
英文論文名稱 An AR-based Navigation System on Smartphone
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 資訊工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Computer Science and Information Engineering
學年度 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 陳偉欽
研究生英文姓名 Wei-Chin Chen
學號 701410036
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2014-07-24
論文頁數 64頁
口試委員 指導教授-許輝煌
委員-施國琛
委員-王慶生
委員-許輝煌
中文關鍵字 GPS  Orientation Sensor  擴增實境  導航  Google Maps API 
英文關鍵字 GPS  Orientation Sensor  Augmented Reality  Navigation  Google Maps API 
學科別分類 學科別應用科學資訊工程
中文摘要 由虛擬實境衍生而來的擴增實境,發展迄今已近約二十年的時間,雖在很多領域中可見到其應用,但以往礙於設備因素而較不易推展至戶外,近幾年隨著智慧型手機的蓬勃發展,使擴增實境的技術得以由室內走向戶外,而智慧型手機內建的各項感應器及搭載多項的定位科技更是讓擴增實境實現於行動裝置的平台上不可獲缺的重要關鍵,加上智慧型手機配備越來越完整,應用層面越來越廣,取代了以往許多所謂的專業設備,導航設備便是其中的一項,現今市面已有多款建構在手機上的導航軟體,不過現今的導航系統,除了地圖外多加了以擬真方式繪製影像來指示其行進路線,但有時擬真繪製的方式總易與實景有所落差,故易使駕駛人無法清楚理解指示方向,尤其是在較為複雜的道路中。
因此本研究將利用手機中搭載的全球衛星定位系統(GPS)取得車輛的定位,並利用Google Maps API開放的資源,讓系統具備導航中極為關鍵的地圖圖資及路徑規劃功能,接由取得的GPS座標和規劃路徑中各點座標,利用大圓距離計算以及方位角、轉向角的計算可得車輛目前應行進的轉向角度與現在車輛與下一點轉折點的距離,有了這些數值後我們再利用此些資料運用透明投影法來將指示路線繪製在手機的螢幕畫面中,然而為增快反應時間及避免GPS定位誤差之問題,系統亦利用方位感測器(Orientation Sensor)來彌補上述的問題,使其能在轉向後快速的切換指示路線,而手機中的攝影機則提供實際環境的影像,利用擴增實境的技術以完成擴增實境導航系統功能,而該系統能執行之結果,能有別於傳統導航中的地圖或擬真顯示,在車輛行駛中帶給駕駛人更加直覺更加清晰的導航指示。
英文摘要 Augmented Reality development was extended from virtual reality technology. Although it already developed for almost 20 years, but these years the trend of Smartphone is getting more and more popular make Argument Reality technology is from indoor application to outdoor application. Nowadays most of Smartphones built variant sensor and position search component inside helps Argument Reality technology to become a real moveable technology. And because of Smartphones built-in a lot of sensors and electronic components so it replace a lot of traditional electric devices , one of the devices is navigator. Nowadays some companies developed Apps on Smartphone for navigation but most of them illustrate the path indication by maps and simulation images but paint picture is hard to indicate very clearly, complicated roadways especially.
So this theme research apply GPS system of Smartphone to get the vehicle position and integrate Google Maps API sources to build maps and routing planning function. After the routing planning is generated system will compute the distance by Great-circle distance theory and azimuth then utilize the result with perspective projection theory to draw direction indicator on the screen. In order to increase the reaction time and overcome the difference Of GPS system apply Orientation Sensor to assist with it and let the navigation indicator can be switch immediately. Finally Smartphone camera capture the real time scene in front of vehicle and Augmented Reality technology combine the indicator on it. Comparing traditional navigation system and Augmented Reality navigation system the new system let user easier and more intuitional in indicate driver follow the indication of planning routing.
論文目次 目錄
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目標 2
1.3 論文組織架構 3
第二章 系統實作相關技術研究 5
2.1 開發平台作業系統的選擇 5
2.2 Android系統Camera控制 6
2.3 Android 系統高速繪圖功能 7
2.4 GPS與AGPS 9
2.5 Orientation Sensor 10
2.6 Google Maps API 11
2.7 擴增實境介紹及應用 12
2.8 經緯座標及距離之計算 16
2.9 方位角及轉向角度之計算 16
2.10 透明投影法 18
第三章 系統架構與方法 22
3.1 開發準備工作 22
3.2 系統架構 23
3.3 GPS定位 26
3.4 Orientation Sensor的確認 29
3.5 距離及方位角的比對 31
3.6 投影距離 38
第四章 系統實測結果 43
4.1 實驗結果 43
4.2 結果分析 49
第五章 結論 53
5.1 結論 53
5.2 未來展望 53
參考文獻 56
附錄-英文論文 58

圖目錄
圖 1 市售導航機畫面 6
圖 2 擴增實境導畫面模擬示意圖 7
圖 3 擴增實境應用實例-iButterfly 13
圖 4 擴增實境應用實例-3D擴增實境淡水古蹟導覽系統 14
圖 5 擴增實境應用實例-擴增實境技術之汽車維修保養專家系統 15
圖 6 真子午線示意圖 17
圖 7 方位角示意圖 18
圖 8 透視投影的標準模型 19
圖 9 透視投影的相似三角形 19
圖 10 視平面座標示意 20
圖 11 系統模組架構圖 25
圖 12 Google Maps電腦版距離標示 26
圖 13 手機實測GPS座標A 26
圖 14 手機實測GPS座標B 27
圖 15 大圓距離計算式 27
圖 16 距離計算結果 28
圖 17 飄移發生後距離計算結果 28
圖 18 Orientation Sensor三軸示意圖 29
圖 19 模型火車軌道 30
圖 20 測試方位角路線示意圖 32
圖 21 方位角計算式 33
圖 22 轉向角度判斷式 34
圖 23 方位角計算結果圖示說明 35
圖 24 方位角計算結果圖示說明 35
圖 25 轉向角度棋式螢幕顯示方式 36
圖 26 繪製轉向後線段方式示意 37
圖 27 繪製轉向後線段計算式 37
圖 28 距離及方位角計算結果與圖22 Google Map電腦版比對相符 38
圖 29 投影測試功能畫面 39
圖 30 投影測量環境示意 39
圖 31 投影量測畫面一 40
圖 32 投影量測畫面二 40
圖 33 系統操作程序 43
圖 34 定位後顯示”GPS己完成定位” 44
圖 35 顯示規劃路徑 45
圖 36 實境顯示指示路徑 45
圖 37 輸入目的地 46
圖 38 顯示規劃路徑 46
圖 39 實境顯示指示路徑 47
圖 40 實境顯示指示路徑 47
圖 41 實境顯示指示路徑 48
圖 42 實境顯示指示路徑 48

表目錄
表 1 2013第二季全球的智慧型手機主要作業系統統計 5
表 2 Android繪圖方式及FPS排行由快至慢 8
表 3 Orientation sensor右轉向數據 30
表 4 Orientation sensor右轉向數據 31
表 5 直線距離投影距離對應Y座標 41
表 6 直線距離投影距離對應Y座標,與計算值差異 42
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[24]Jizhong LI().Eliminating Abnormal Positioning Bias with Translation
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[25]維基百科。網址:http://zh.wikipedia.org/wiki/Google眼鏡
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