基于視覺高精定位的“室內AR導航”技術點解析

自1967年衛星導航技術開放以來，經過50多年的發展，導航定位已廣泛應用于交通物流、地理信息、高精度測量等行業，提高了現代社會的運營效率，給個人生活和旅行帶來了極大的便利。

然而，盡管導航定位技術在室外場景中非常流行，但室內導航的應用并沒有得到很好的發展。

一方面，由于衛星信號的衰減，衛星導航定位在室內幾乎毫無用處。

另一方面，盡管藍牙信標定位，Wi-Fi在一定程度上，信號等專用設備的解決方案可以輔助室內導航定位，但部署和維護成本高，不具備大規模推廣的條件。

那么，室內導航解決方案是否容易實現、低成本、易擴展？

成本更低，更容易普及AI以視覺技術為核心，商湯科技SenseMARS火星混合現實平臺可以實現室內外高效低成本的精確定位AR導航。

室內導航有哪些困難？

展覽館、博物館、購物中心、交通樞紐等大型室內場景環境復雜，規模巨大，無紋理空間區域和視覺歧義區域眾多。地圖數據的收集、生產和表達是一個主要的困難。

同時，用戶如何準確快速地實現重定位也是一個挑戰。

商湯SenseMARS火星混合現實平臺由浙江大學-尚堂科技三維視覺聯合實驗室和尚堂產品團隊共同打造，具有空間定位和構建能力，如專業高精度三維數字地圖構建、跨平臺和終端空間感知計算、cm端云協同定位等，可支持Android/iOS/Web/小程序等系統平臺，以及手機，平板電腦，AR/MR眼鏡等終端設備，實現室內外等不同場景AR/MR特效、導航、導游等功能。

對于定位導航應用，首先需要構建高精度三維數字地圖（具體可分為稀疏點云地圖構建和密集的三維幾何構建），然后基于視覺重定位和SLAM該技術可實現連續的精確跟蹤定位。

讓機器了解場景和環境

稀疏點云地圖結構采用運動恢復結構（Structure from Motion，簡稱SfM）技術。

利用離線收集的視頻或圖片提取場景中的視覺特征，恢復圖片的相機位置和場景中稀疏的三維點云。視覺特征和三維點云主要用于視覺重定位，可用于進一步的密集三維幾何構建。

視頻或圖片以及SfM恢復的相機位置為輸入。經過密集的深度估計、深度集成、網格結構和紋理地圖，最終輸出場景的精細密點云和紋理三維網格模型，即密集的三維幾何結構。

由于商湯在原創技術研發方面的優勢，浙江大學-商湯三維視覺聯合實驗室研究團隊提出了基于單目/多目/全景相機和慣性測量單元的技術研究和拋光兩年多。GPS多源數據采集方案和多源數據集成構圖算法實現了高效穩定的地圖數據采集、重建和更新。

2萬平方米的場景一般可以在1小時內完成數據采集，3D重建和紋理地圖(單節點服務器)可以在6小時內完成，重建精度可以達到厘米級。

重建的高精度三維網格可用于正確處理虛擬物體和真實場景之間的屏蔽和碰撞關系，實現具有高真實性的增強現實效果。

讓機器輸出準確匹配場景

有了地圖數據，用戶如何通過終端在現實場景中無縫集成導航指示箭頭等虛擬內容？

關鍵是通過視覺重定位和準確獲取用戶的相機位置SLAM一起實現。

視覺重定位以用戶拍攝圖像為輸入，匹配圖像中的特征和地圖數據中的特征，獲取圖像特征和地圖三維點的2D-3D對應關系，計算圖像相機的位置SLAM幫助糾正累積誤差。

SenseMARS商超、展廳等典型室內場景視覺定位技術成功率高于95%SLAM 該技術實現了連續穩定的位置跟蹤，并擴展了未覆蓋地圖的區域。

SLAM技術利用相機，IMU可以實時計算當前設備的6DoF保證圖像上的位置AR效果與真實環境的一致性、穩定性和適應性。

借助離線高精度地圖和高精度定位結果，可以保證高精度定位和跟蹤時間長。

另外，針對現在APP方案比較重SLAM商湯還提供了算法模型覆蓋率不足的輕量級問題Web SLAM能力，能在H在小程序中實時運行。

用戶不需要安裝App只需簡單掃描二維碼即可體驗完整的室內外定位和AR導航能力。

基于上述技術，商湯SenseMARS在各種實際復雜場景中，平臺可以支持高精度增強/混合現實需求。

在GPS用戶可以通過圖像或視頻實時準確地獲取自己的位置，這是一個信號難以覆蓋的區域。

結合商湯SLAM技術還可以通過增強/混合現實來獲取場景的額外信息，如導航、導游、業務介紹等。AR巧妙融合生活場景。

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