一、什么是增強現(xiàn)實技術(shù)？
增強現(xiàn)實這門技術(shù)曾經(jīng)局限于實驗室，隨著計算機軟、硬件能力的提高，已經(jīng)開始快速的進(jìn)入到大眾視野，并在會展、營銷、科教、設(shè)計、出版、娛樂等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，被時代周刊列為當(dāng)前最具活力和前景的十大技術(shù)之一。而最近由Gartner數(shù)十位優(yōu)秀的本土分析師所做的最新的研究報告也顯示，增強現(xiàn)實技術(shù)被入選為2014中國十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢之一。那么，究竟什么是增強現(xiàn)實技術(shù)呢？
增強現(xiàn)實（Augmented Reality），簡稱AR，是利用計算機生成一種逼真的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和各種感覺的虛擬環(huán)境,通過各種傳感設(shè)備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中,實現(xiàn)用戶和環(huán)境直接進(jìn)行自然交互。它是一種全新的人機交互技術(shù),利用這樣一種技術(shù)可以模擬真實的現(xiàn)場景觀,它是以交互性和構(gòu)想為基本特征的計算機高級人機界面。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性,而且能夠突破空間、時間以及其它客觀限制,感受到在真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。簡言之，增強現(xiàn)實就是把真實世界連接到數(shù)字世界的一門技術(shù)。
增強現(xiàn)實技術(shù)有三個核心組成要素：
1、（Combines real and virtual）虛實結(jié)合
虛實結(jié)合，可以理解為在一個真實場景中無縫融入虛擬對象的空間，為人們帶來一個視覺效果更真實、場景信息更豐富的新環(huán)境。它可以將顯示器屏幕擴展到真實環(huán)境，使計算機窗口與圖標(biāo)疊映于現(xiàn)實對象，由眼睛凝視或手勢指點進(jìn)行操作；讓三維物體在用戶的全景視野中根據(jù)當(dāng)前任務(wù)或需要交互地改變其形狀和外觀；對于現(xiàn)實目標(biāo)通過疊加虛擬景象產(chǎn)生類似于X光透視的增強效果；將地圖信息直接插入現(xiàn)實景觀以引導(dǎo)駕駛員的行動；通過虛擬窗口調(diào)看室外景象、使墻壁仿佛變得透明。
2、（Interactive in real time）即時互動
即時互動，字面理解為馬上溝通、馬上交流，在增強現(xiàn)實技術(shù)中其含義則是：使交互從精確的位置擴展到整個環(huán)境，從簡單的人面對屏幕交流發(fā)展到將自己融合于周圍的空間與對象中。運用信息系統(tǒng)不再是自覺而有意的獨立行動，而是和人們的當(dāng)前活動自然而然地成為一體。交互性系統(tǒng)不再是具備明確的位置，而是擴展到整個環(huán)境。
3、（Registered in 3-D）3D定位
為了改善效果，增強現(xiàn)實所投射的圖像必須在空間定位上與用戶相關(guān)，當(dāng)用戶轉(zhuǎn)動或移動頭部時，視野變動，計算機產(chǎn)生的增強信息隨之做相應(yīng)的變化，這是依靠三維環(huán)境注冊系統(tǒng)實現(xiàn)的。這種系統(tǒng)實時檢測用戶頭部位置和視線方向，為計算機提供添加虛擬信息在投影平面中映射位置的依據(jù)，并將這些信息實時顯示在熒光屏的正確位置。
增強現(xiàn)實技術(shù)在實際應(yīng)用中要涉及多種因素，因此其技術(shù)研究對象范圍包括信號處理、計算機圖形和圖像處理、人機界面和心理學(xué)、移動計算、計算機網(wǎng)絡(luò)、分布式計算、信息獲取和信息可視化、以及新型顯示器和傳感器等。
圖1 增強現(xiàn)實原理圖
增強現(xiàn)實的工作原理可以概括為：首先用攝像機拍攝現(xiàn)實場景；然后，通過計算機視覺技術(shù)捕獲識別標(biāo)記，實時記錄它的位置和方向；最后，將數(shù)據(jù)平臺中存儲的虛擬3D對象與真實場景疊加到這一位置，實現(xiàn)同步，從而達(dá)到虛實融合的效果。此處需要特別解釋一下“識別標(biāo)識”中的“標(biāo)識”，標(biāo)識就是標(biāo)志識別，分為人工和非人工兩類，標(biāo)志識別的過程有對包含人工標(biāo)志的圖像進(jìn)行二值化、采用連通域提取的算法實現(xiàn)標(biāo)志區(qū)域識別等。標(biāo)識的作用是向虛擬物體提供繪制信息。
增強現(xiàn)實作為一門時尚的技術(shù)，其特點為：
1、AR的優(yōu)越性體現(xiàn)在實現(xiàn)虛擬事物和真實環(huán)境的結(jié)合，讓真實世界和虛擬物體共存。
2、AR實現(xiàn)虛擬世界和真實世界的實時同步，滿足用戶在現(xiàn)實世界中真實地感受虛擬空間中模擬的事物，增強使用的趣味性和互動性。
簡而言之，增強現(xiàn)實技術(shù)就是借助計算機圖形技術(shù)和可視化技術(shù)產(chǎn)生現(xiàn)實環(huán)境中不存在的虛擬對象，并通過傳感技術(shù)將虛擬對象準(zhǔn)確"放置"在真實環(huán)境中，借助顯示設(shè)備將虛擬對象與真實環(huán)境融為一體，并呈現(xiàn)給使用者一個感官效果真實的新環(huán)境。
二、增強現(xiàn)實的發(fā)展歷程
增強現(xiàn)實(AugmentedReality，簡稱AR)技術(shù)可以將虛擬的三維物體融合到現(xiàn)實場景中，并能支持用戶與其進(jìn)行交互，它已經(jīng)成為虛擬現(xiàn)實研究中的一個重要領(lǐng)域，同時也是人機界面技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。下圖是筆者自己繪制的一個增強現(xiàn)實發(fā)展的歷程圖。
圖2 增強現(xiàn)實發(fā)展的歷程圖
由上圖可知，AR技術(shù)始于二十世紀(jì)六十年代，由美國哈佛大學(xué)教授伊萬?薩瑟蘭（IvanSutherland）發(fā)明了光學(xué)透明頭盔顯示器(see一throughHead一MountedDisplay，簡稱STHMD)顯示計算機生成的3D圖形。1968年，他在美國哈弗大學(xué)展示了第一臺頭盔顯示器的目鏡。在這項研究的基礎(chǔ)下，此后頭戴顯示器在飛機，地面車輛以及艦只訓(xùn)練方面都取得了不俗的成績。20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)10年代，國外AR的發(fā)展較為成熟，一些公司和高校不斷研制出完善的AR系統(tǒng)；國內(nèi)真正開始發(fā)展AR技術(shù)，是從2012年開始，這其中谷歌眼鏡的推出，可以說激發(fā)了國內(nèi)外學(xué)者與企業(yè)對AR技術(shù)的新的興趣。
同沉浸式的虛擬現(xiàn)實相比，增強現(xiàn)實不但應(yīng)用的場合廣泛，而且更加安全，因為增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以讓用戶在看到虛擬物體的同時，仍能看到真實的場景，即使在停電和設(shè)備故障等情況下，也能保證用戶的安全。事實上，從20世紀(jì)90年代末開始，這個領(lǐng)域的研究者們常常聚會在一系列年度召開的增強現(xiàn)實國際研討會和工作會議上，例如，國際增強現(xiàn)實工作會議（IWAR），國際增強現(xiàn)實研討會（ISAR）和國際混合與增強現(xiàn)實會議（ISMAR）等。這些會議在很大程度上促進(jìn)了AR的研究發(fā)展。近年來隨著移動設(shè)備計算能力的增強和對網(wǎng)格計算環(huán)境的關(guān)注，對戶外增強現(xiàn)實系統(tǒng)和支持分布式協(xié)同操作增強現(xiàn)實系統(tǒng)的研究明顯增加。
據(jù)統(tǒng)計，從1995年至今，涉及AR系統(tǒng)的國際專利多達(dá)一百多篇，新近公開的一篇德國專利DEI0108064述及的增強現(xiàn)實系統(tǒng)，用視頻或音頻信息進(jìn)行綜合視覺跟蹤，探測用戶三維信息并報告其位置，其中的圖像記錄單元，記錄圖像并轉(zhuǎn)換格式，注釋系統(tǒng)，合成位置數(shù)據(jù)，存檔數(shù)據(jù)，生成實時的增強現(xiàn)實環(huán)境。美國公開的專利US2002191003也涉及了增強現(xiàn)實顯示技術(shù)，他們用攝像機定位物體位置并報告給連通的計算機以呈現(xiàn)圖像，同時讓計算機模擬出天氣、險情等三維場景，經(jīng)過增強現(xiàn)實技術(shù)處理后的畫面將真實場景與虛擬場景進(jìn)行無縫融合讓觀眾有深深的身臨其境的感覺，這項技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于航海安全控制輔助、飛行員培訓(xùn)、應(yīng)急訓(xùn)練等方面。而國內(nèi)涉及AR的專利還很少。總體來講，增強現(xiàn)實技術(shù)在中國處于起步階段，盡管有許多評論家說目前增強現(xiàn)實技術(shù)更多的只是噱頭，但不可否認(rèn)許多虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的企業(yè)以及高校已經(jīng)開始專注于“增強現(xiàn)實”的研發(fā)和應(yīng)用。
國外研究AR系統(tǒng)的單位有德國SIEMENSAG、美國微軟公司、美國MIT大學(xué)，美國哥倫比亞大學(xué)、澳大利亞Vienna大學(xué)、日本Nara協(xié)會等，這些單位已經(jīng)在AR系統(tǒng)的攝像機校正算法、AR頭盔顯示器的設(shè)計、硬件平臺的應(yīng)用、視覺跟蹤技術(shù)等方面取得了一些可喜的成果。目前，國內(nèi)研究AR系統(tǒng)的單位有中視典數(shù)字科技有限公司、大連新銳天地傳媒有限公司、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院計算機研究所、國防科技大學(xué)、西安石油學(xué)院、電子科技大學(xué)、華中科技大學(xué)、上海大學(xué)等。
三、增強現(xiàn)實技術(shù)價值與作用
AR技術(shù)不僅在與VR技術(shù)相類似的應(yīng)用領(lǐng)域，諸如尖端武器、飛行器的研制與開發(fā)、數(shù)據(jù)模型的可視化、虛擬訓(xùn)練、娛樂與藝術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。而且由于其具有能夠?qū)φ鎸嵀h(huán)境進(jìn)行增強顯示輸出的特性，在醫(yī)療研究與解剖訓(xùn)練、精密儀器制造和維修、軍用飛機導(dǎo)航、工程設(shè)計和遠(yuǎn)程機器人控制等領(lǐng)域，具有比VR技術(shù)更加明顯的優(yōu)勢。
1、專業(yè)級應(yīng)用
1）在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用研究
軍用飛機和直升機利用頭盔顯示器將矢量圖形疊加到飛行員視野中，提供導(dǎo)航信息。美國著名的SIMNET系統(tǒng)在1995年融入了增強現(xiàn)實技術(shù)，通過一些特殊的頭盔式顯示器和測距儀，使配備該設(shè)備的戰(zhàn)斗人員能夠看見其他作戰(zhàn)單位的增強信息。
圖3 AR技術(shù)在軍事上的應(yīng)用
2）在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究
醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用研究的一個熱點，利用增強現(xiàn)實技術(shù)可以將病人的MRI（核磁共振）或CT（計算機控制X射線斷層分析）疊加在病人身體或?qū)嵨锶梭w模型上，幫助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)方案的制定、手術(shù)時的輔助指引、模擬的手術(shù)訓(xùn)練。MIT的AI實驗室進(jìn)行了增強現(xiàn)實技術(shù)在腦外科手術(shù)中的應(yīng)用研究，利用增強現(xiàn)實技術(shù)合成圖像的手術(shù)技術(shù)操作。
圖4 AR技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
3）在工程設(shè)計和裝配維修領(lǐng)域的應(yīng)用研究
增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計，表現(xiàn)為在設(shè)計定型前可以仿真、分析和評審產(chǎn)品模型。相較于現(xiàn)有的工業(yè)設(shè)計技術(shù)，由增強現(xiàn)實技術(shù)帶來的改善主要有三個方面：首先，在早期創(chuàng)意階段，應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)交互的、可觸摸的設(shè)計界面，表現(xiàn)為用戶可以直接繪制虛擬的、立體可視的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型；其次，在產(chǎn)品設(shè)計階段，應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)可以幫助工程人員實現(xiàn)交互、協(xié)同地評審，以及分析和測試產(chǎn)品模型；最后，在產(chǎn)品評估階段，應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)可以進(jìn)行物理樣機和數(shù)據(jù)模型的虛擬裝配（即裝配仿真）。
圖5 AR技術(shù)用于汽車設(shè)計
增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于裝配領(lǐng)域的必要性表現(xiàn)在：根據(jù)設(shè)計者的交互操作，實時捕捉設(shè)計者的裝配意圖，識別并建立裝配關(guān)系，實現(xiàn)零部件的運動引導(dǎo)等；增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于機械儀器的組裝維修方面，可將裝配流程指南按照工作進(jìn)度準(zhǔn)確地顯示給用戶，指導(dǎo)用戶順利完成任務(wù)。相對安裝手冊而言，這些附加的文字、圖像更加生動易于理解。
圖6 AR技術(shù)應(yīng)用于維修和模具裝配
1995年ECRC（歐洲計算機研究中心）將增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程協(xié)作進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，通過增強現(xiàn)實顯示設(shè)備使得異地的設(shè)計人員或客戶與本地的設(shè)計人員共享一個實物或CAD模型信息，并可以實時地交流設(shè)計改進(jìn)思想。科羅拉多大學(xué)Feiners研究組應(yīng)用增強現(xiàn)實進(jìn)行激光打印機的維修。波音公司將增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于飛機制造中的電力線連接和接線器的裝配。
相信隨著科技的不斷進(jìn)步，未來增強現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)上的發(fā)展趨勢，將是從工業(yè)設(shè)計、運動裝配、維修過程，擴展到制造業(yè)的各個階段。在國外的一些發(fā)達(dá)工業(yè)國家（如德國），已經(jīng)在開始設(shè)想增強現(xiàn)實技術(shù)在未來的智慧工廠中的應(yīng)用。
圖7 AR技術(shù)在未來智慧工廠中應(yīng)用
2、消費級應(yīng)用
1）在娛樂領(lǐng)域的應(yīng)用研究
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，諸如LCD，LED,OLED等技術(shù)的出現(xiàn)，以及智能手機等設(shè)備的發(fā)展，互動的理念開始更為人們所重視，這樣AR技術(shù)終于可以“兩條腿走路”，輔助與互動起頭并進(jìn)，消費級的頭戴顯示器終于出現(xiàn)了。
圖8 谷歌眼鏡
這款高科技眼鏡擁有智能手機的所有功能，鏡片上裝有一個微型顯示屏，用戶無需動手便可上網(wǎng)沖浪或者處理文字信息和電子郵件，同時，戴上這款“拓展現(xiàn)實”眼鏡，用戶可以用自己的聲音控制拍照、視頻通話和辨明方向�？梢哉f是典型應(yīng)用了AR技術(shù)的互動性。
2）在娛樂領(lǐng)域的應(yīng)用研究
德國DML（數(shù)字媒體實驗室）利用增強現(xiàn)實技術(shù)擴展了原來基于藍(lán)影技術(shù)制作天氣預(yù)報節(jié)目的方法，用虛擬的三維場景替換了原來的平面背景，使得節(jié)目效果更好。傳統(tǒng)節(jié)目采用虛擬腳本是順序的，而增強現(xiàn)實虛擬播出系統(tǒng)可以不受腳本順序的限制，可以任意觸發(fā)某個流程，提高節(jié)目的可看性和真實性。
圖9 AR技術(shù)在節(jié)目中的應(yīng)用
3、拓展級應(yīng)用
1）電信增值領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著智能設(shè)備的增多，AR在APP上的應(yīng)用也越來越多，現(xiàn)在已經(jīng)有軟件可以實現(xiàn)打開手機的相機，然后掃描四周的建筑物，從而在相機的取景器出現(xiàn)對應(yīng)信息的功能，這也是典型的AR技術(shù)。
圖10 AR技術(shù)在智能手機上的應(yīng)用
2）在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用研究
英國Fraunhofer學(xué)院開發(fā)了適用于城市規(guī)劃的增強現(xiàn)實系統(tǒng)，使得建筑設(shè)計人員能夠在現(xiàn)場預(yù)視方案的效果，與應(yīng)用于該領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)而言，增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以讓設(shè)計人員更真實地體驗設(shè)計方案與周圍環(huán)境是否和諧。
圖11 AR技術(shù)在建筑上的應(yīng)用
四、增強現(xiàn)實的技術(shù)及軟硬件平臺
1、增強現(xiàn)實系統(tǒng)的四項關(guān)鍵技術(shù)
增強現(xiàn)實作為一門新興領(lǐng)域，結(jié)合了計算機圖形學(xué)(Computer Graphics)、圖像處理(Image Processing)、機器視覺(Machine Vision)等諸多學(xué)科的技術(shù)。同時也依賴于顯示設(shè)備(Monitor)、圖形加速設(shè)備(Graphics Cards)、傳感器(Sensor)、跟蹤器(Tracker)、交互工具(Interactive Tools)等硬件設(shè)備的發(fā)展。
增強現(xiàn)實系統(tǒng)不是將用戶與現(xiàn)實世界隔離，而是利用虛擬的圈形和文字等信息對真實世界的場景進(jìn)行增強，實現(xiàn)真實世界和虛擬世界的無縫融合，并能夠使用戶如在真實環(huán)境中一樣自然實時地交互。在用戶眼中，真實物體和虛擬模型是共存的。簡單而言，一個完善的增強現(xiàn)實系統(tǒng)需要有顯示技術(shù)、跟蹤和定位技術(shù)、虛實融合技術(shù)、用戶交互技術(shù)構(gòu)成。
圖12 增強現(xiàn)實技術(shù)
1)顯示技術(shù)：主要指顯示設(shè)備，如頭盔顯示器(HMD)、投影式顯示器、移動設(shè)備顯示器和電腦所用的液晶或CRT顯示器。
圖13 頭戴顯示器
2)注冊跟蹤技術(shù)：增強現(xiàn)實系統(tǒng)需要建立虛擬空間坐標(biāo)系與真實空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，使得虛擬物體能夠合并到真實世界的正確位置上，這個過程就是注冊(Registration)。由于觀察者的位置會不斷變化，系統(tǒng)要實時的根據(jù)觀察者的視場重建坐標(biāo)系的關(guān)系，這個過程就是跟蹤(Tracking)。注冊跟蹤的方法主要有兩種：基于硬件設(shè)備的方法和基于視頻處理的方法。
3)虛實融合技術(shù)：簡單的增強現(xiàn)實系統(tǒng)只是將虛擬模型直接疊加到真實場景上面，也就是說虛擬模型永遠(yuǎn)顯示在真實物體前方，不能很好的融合到真實場景中。虛實融合技術(shù)就是為了解決這個問題而產(chǎn)生的。主要包括虛實環(huán)境的注冊、虛擬物體和真實物體的遮擋處理、陰影和光照一致性和自然的交互。其中遮擋處理是為了獲得虛擬物體與真實物體正確的遮擋關(guān)系，需要比較兩者之間的深度信息。陰影和光照一致性方面要能夠?qū)崟r的適應(yīng)真實環(huán)境的光照變化，同時考慮真實物體和虛擬物體之間的陰影，使得虛擬物體產(chǎn)生如同真實物體一樣的光照和陰影效果。另外虛擬模型還要考慮虛焦模糊等情況下的顯示效果。
4)用戶交互技術(shù)：增強現(xiàn)實系統(tǒng)需要實現(xiàn)用戶與真實環(huán)境中虛擬物體自然直觀的三維交互，這就需要系統(tǒng)設(shè)計針對增強現(xiàn)實系統(tǒng)的交互工具，并能夠跟蹤定位到交互工具的位置信息.執(zhí)行用戶對空間物體實施的指令。增強現(xiàn)實系統(tǒng)的交互方式主要兩種：基于硬件設(shè)備的方式，如數(shù)據(jù)手套�；谝曨l處理的方式，如在標(biāo)識物上生成按鈕、菜單、筆等，也有采用手勢識別的方式輸入命令。
圖14 AR系統(tǒng)工作流程圖
簡言之，跟蹤和定位技術(shù)與標(biāo)定技術(shù)共同完成對位置與方位的檢測，并將數(shù)據(jù)報告給AR系統(tǒng)，實現(xiàn)被跟蹤對象在真實世界里的坐標(biāo)與虛擬世界中的坐標(biāo)統(tǒng)一，達(dá)到讓虛擬物體與用戶環(huán)境無縫結(jié)合的目標(biāo)。為了生成準(zhǔn)確定位，AR系統(tǒng)需要進(jìn)行大量的標(biāo)定，測量值包括攝像機參數(shù)、視域范圍、傳感器的偏移、對象定位以及變形等。
2、增強現(xiàn)實軟硬件平臺及算法
1）軟件平臺及算法：
軟件：目前比較知名的有Layar、Taggar、Metaio及InfinityAR等AR應(yīng)用程序。
算法：增強現(xiàn)實技術(shù)，基礎(chǔ)是圖像算法實現(xiàn)的，這部份算法目前發(fā)展階段為，極少數(shù)公司掌握了可實用級別的算法，然后在此基礎(chǔ)上開發(fā)了產(chǎn)品。算法SDK也有供應(yīng)商，比如德國的metaio，美國的Total Immersion都是付費庫，如果你有產(chǎn)品想使用可以讓其定制。還有一種方法就是自主開發(fā)，有兩種方式實現(xiàn)：方式一，買已經(jīng)有效果的成品算法集成；方式二，外包給其他公司開發(fā)。
2）硬件平臺：增強現(xiàn)實硬件平臺的組成包括:計算機系統(tǒng)、視頻輸入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、動作捕捉跟蹤系統(tǒng)、視頻顯示系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)。如Oculus Rift面向消費領(lǐng)域的增強現(xiàn)實設(shè)備。
在國外，增強現(xiàn)實的公司擁有自己的軟件和相配置的硬件。比如德國的metaio集團在軟件領(lǐng)域，擁有自主研發(fā)的全平臺AR軟件；在硬件領(lǐng)域，metaio集團在全球首先推出了適用于手機，平板電腦，筆記本電腦和智能電視的AR芯片，于2012年已經(jīng)開始銷售。
在國內(nèi)，大多數(shù)增強現(xiàn)實的公司還在起步階段。中視典數(shù)字科技有限公司作為國內(nèi)虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，在軟件領(lǐng)域，有自主研發(fā)的一款直接面向三維美工的增強現(xiàn)實軟件ARP系列；在硬件領(lǐng)域，目前有4D動感影院系統(tǒng)、環(huán)幕城市規(guī)劃展廳、環(huán)幕導(dǎo)游培訓(xùn)教室、虛擬汽車駕駛系統(tǒng)、虛擬自行車健身系統(tǒng)、交互式物理觸摸屏、立體顯示器、頭盔立體顯示器、數(shù)據(jù)手套及其他AR設(shè)備。
總體來講，增強現(xiàn)實技術(shù)未來的主要研究方向分為三方面。一方面企業(yè)需要開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)虛實無縫融合的高效算法和軟件，另一方面企業(yè)需要開發(fā)廉價的硬件設(shè)備，降低AR系統(tǒng)的硬件成本。此外，企業(yè)也需要進(jìn)一步加強用戶視覺和聽覺感知方面的研究，積極開展觸覺、嗅覺、味覺等方面的研究，最終實現(xiàn)真實自然的多模態(tài)人機交互。
3、增強現(xiàn)實解決方案介紹
增強現(xiàn)實的解決方案，概括來講，分為網(wǎng)絡(luò)版、專業(yè)版、以及移動設(shè)備版三套應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)版應(yīng)用主要是利用增強現(xiàn)實進(jìn)行消費者或普通用戶層面的開發(fā)，比如各類小游戲，舉個例子：用戶利用可識別的紙張，即可對著電腦進(jìn)行投籃游戲等；專業(yè)版主要是針對各類企業(yè)和客戶專門開發(fā)應(yīng)用軟件，用以推廣產(chǎn)品、品牌營銷等；移動設(shè)備應(yīng)用目前還處于初步發(fā)展階段，主要是用戶通過手機及攝像頭，對準(zhǔn)某個建筑物、圖書的時候即可知曉相關(guān)的消息，獲得信息、進(jìn)行電子商務(wù)等。
圖15 增強現(xiàn)實應(yīng)用實例1
對于增強現(xiàn)實技術(shù)，普通用戶的期待顯然是在于對生活便利性的改善。比如戴上智能眼鏡看窗外的景色，便會顯示今天的天氣情況；在大街上行走，看到餐館、咖啡廳的招牌，就會顯示出招牌菜、用戶評價等信息。
但不可否認(rèn)的是，目前的增強現(xiàn)實技術(shù)尚處于不成熟的階段，看上去更多像是噱頭。不僅是硬件設(shè)備上的不成熟（設(shè)計、電池、GPS精度、處理能力等），軟件上也存在不足（物體識別能力、商家信息支持等），我們還沒有辦法完全在生活中完全依賴增強現(xiàn)實應(yīng)用和設(shè)備，短期內(nèi)只能作為商家吸引消費者的營銷手段。
當(dāng)然，增強現(xiàn)實技術(shù)是科技發(fā)展趨勢，也代表了人們對未來便捷生活的憧憬，未來的發(fā)展空間還是不可估量的。觀察國內(nèi)的增強現(xiàn)實企業(yè)，大部分企業(yè)還處于起步階段，市場尚未形成標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)模式，此外，還表現(xiàn)在行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用需要進(jìn)一步探討、相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和用戶體驗還不明確，但總體來看，中國增強現(xiàn)實市場仍具有增長快，市場需求大的特點。
五、增強現(xiàn)實技術(shù)未來發(fā)展趨勢
據(jù)美國市場研究分析公司ABI research的預(yù)測：增強現(xiàn)實的開發(fā)商今年將會在增強現(xiàn)實這個應(yīng)用上投資6.7億美元，在五年內(nèi)，這個數(shù)字將躍升至25億美元；分析師還認(rèn)為“AR”這個應(yīng)用將會成為“更加日�；囊苿釉O(shè)備應(yīng)用的一部分”尤其在市場營銷、車載系統(tǒng)、游戲娛樂和醫(yī)學(xué)醫(yī)療等領(lǐng)域。
圖16 增強現(xiàn)實應(yīng)用實例2
1、增強現(xiàn)實技術(shù)將成為展覽展示的趨勢
2012年10月，廣東科學(xué)中心推出“重回侏羅紀(jì)”互動展項吸引不少孩子體驗，甚至成為十一黃金周很多家長必帶孩子去玩的地點之一。此互動展項由夢想人軟件科技有限公司（以下簡稱夢想人）創(chuàng)新設(shè)計，孩子們一旦踏進(jìn)體驗區(qū)，立刻就能和逼真的恐龍互動，比如觸摸恐龍，喂食恐龍以及與恐龍合影，讓孩子們真實地體驗恐龍。通過增強現(xiàn)實技術(shù)，將虛擬和現(xiàn)實的場景帶給參觀者，感受現(xiàn)代互動科技的魅力，將成為展覽展示的趨勢。
2、增強現(xiàn)實技術(shù)將成為市場營銷的賣點
近日，由可口可樂和人人網(wǎng)聯(lián)手打造的“可口可樂：那些年，我們的同學(xué)會”市場活動案例獲得2013年大中華區(qū)艾菲獎銅獎，人人網(wǎng)首次以AR（增強現(xiàn)實）互動技術(shù)亮相廣告節(jié)，彈唱樂隊和沙灘排球等互動創(chuàng)意吸引大量觀眾排隊體驗。參與者一旦踏入體驗區(qū)，球友和樂隊旋即出現(xiàn)在身旁。倍感驚喜之余，參與者立刻放開手腳，和“興趣同好”一起全情投入，展現(xiàn)年輕活力。
越來越多的IT公司發(fā)布新產(chǎn)品時愿意采用增強現(xiàn)實技術(shù)，比如惠普2012年發(fā)布HP Proliant Generation8服務(wù)器，就請到夢想人設(shè)計了基于增強現(xiàn)實的產(chǎn)品發(fā)布會，全面清晰的為惠普服務(wù)器的推廣提供了現(xiàn)實與3D虛擬完美結(jié)合的演示過程，令每一位與會客人都留下深刻印象。
宜家也采用增強現(xiàn)實技術(shù)打造新版的產(chǎn)品目錄展示家具。用戶將智能手機對著產(chǎn)品目錄就可以和3D產(chǎn)品模型、產(chǎn)品視頻以及數(shù)字說明書內(nèi)容互動。宜家并不是把紙質(zhì)直接換成移動版本的產(chǎn)品目錄，這不符合用戶習(xí)慣，而是決定為紙質(zhì)版產(chǎn)品目錄加入一個數(shù)字化層級，而選擇增強現(xiàn)實技術(shù)是最好的選擇，自然在未來將有更多的人選擇。
3、結(jié)合增強現(xiàn)實技術(shù)的車載系統(tǒng)將成為汽車標(biāo)配
奔馳正在研發(fā)運用增強現(xiàn)實技術(shù)的新型車載導(dǎo)航系統(tǒng)，駕駛員在駕駛汽車時，汽車儀表盤上的觸摸屏能生動地顯示汽車周圍環(huán)境。圖像信息將實時地顯示在屏幕上，駕駛員可以從屏幕上了解行駛方向、街道名稱等各種信息。它不僅能協(xié)助你抵達(dá)目的地，而且也是一種駕駛樂趣。預(yù)計第一套AR車載導(dǎo)航系統(tǒng)將在2015年安裝到量產(chǎn)汽車上，到2023年，年銷量將達(dá)到210萬。豐田目前正在開發(fā)這類技術(shù)，采用觸摸式車窗，乘客能夠從中獲取車外某個物體與車輛的距離，系統(tǒng)甚至能夠辨認(rèn)出這項物體是動物、人類甚至廣告牌，極大增加駕乘的體驗和安全。
4、增強現(xiàn)實讓游戲娛樂拉進(jìn)現(xiàn)實
谷歌去年就已將發(fā)布一款基于地理位置信息的“增強現(xiàn)實”游戲——Ingress。游戲基于Google地圖的數(shù)據(jù)，通過手機內(nèi)置的GPS定位系統(tǒng)確認(rèn)玩家位置，玩家需要拿手機接近這些據(jù)點，進(jìn)行入侵（Hack）、攻擊及防守等動作。游戲的最終目標(biāo)是將游戲世界和現(xiàn)實世界的界限模糊化，為游戲娛樂打開一扇新的窗戶，讓游戲娛樂的場景搬進(jìn)現(xiàn)實世界，目前越來越多游戲公司正在開發(fā)增強現(xiàn)實游戲。
5、增強現(xiàn)實成為醫(yī)生的“助手”
2013年中國國際工業(yè)博覽會上，復(fù)旦大學(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué)研究中心主任宋志堅教授及其團隊展出這一最新研發(fā)成果——增強現(xiàn)實神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著iPad在患者不同身體部位上方的移動，屏幕上會隨之產(chǎn)生出相應(yīng)的圖像，并最終鎖定患者顱內(nèi)腫瘤的具體位置，引導(dǎo)醫(yī)生實現(xiàn)對腫瘤的“精確手術(shù)”。
6、增強現(xiàn)實讓圖書更立體更互動
增強現(xiàn)實技術(shù)正在改變著我們傳統(tǒng)的閱讀方式，結(jié)合增強現(xiàn)實場景、三維模型等與現(xiàn)實世界創(chuàng)建的兒童讀物為孩子們帶來身臨其境般的沉浸式體驗，增強現(xiàn)實技術(shù)無疑為圖書作者創(chuàng)建了增強效果的藝術(shù)呈現(xiàn)界面，并賦予了參與者一種額外的體驗過程。夢想人從2004年就開始推廣增強現(xiàn)實圖書的事業(yè)，目前已經(jīng)與多家國內(nèi)出版社合作推出數(shù)本增強現(xiàn)實圖書，將來將和更多的優(yōu)秀出版社合作，制作出更適合讀者欣賞的圖書。
7、增強現(xiàn)實可以規(guī)劃機器路徑
對機器人進(jìn)行遠(yuǎn)程操作一直是一個難題，尤其是當(dāng)機器人距離很遙遠(yuǎn)時，通信連接會有很大的延遲。在這個情況下，相比于直接遠(yuǎn)程控制機器人，控制本地的一個虛擬機器人就更有優(yōu)勢。用戶通過操作本地的虛擬機器人，就可以實時的規(guī)劃和制定機器人的行動。這些結(jié)果會被直接的在現(xiàn)實世界得到顯示。只要規(guī)劃經(jīng)過測試并決定后，用戶就告訴真實的機器人執(zhí)行該規(guī)劃。這就避免了冗長的延遲導(dǎo)致的導(dǎo)航不穩(wěn)定。虛擬的機器人還可以模擬在假造的環(huán)境中的效果，從而為特定任務(wù)的規(guī)劃提供幫助。ARGOS系統(tǒng)就證明了相比傳統(tǒng)的單視場的接口，立體AR技術(shù)是進(jìn)行機器路徑規(guī)劃的更好更精確的方法。還有其他的很多研究團隊也在遠(yuǎn)程呈現(xiàn)系統(tǒng)中用到這個應(yīng)用。
總體來看，市場對增強現(xiàn)實需求是很大的，但國內(nèi)企業(yè)滿足客戶需求的能力卻略顯不足，尤其是擁有核心知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品質(zhì)量過硬的企業(yè)并不多，行業(yè)整體缺乏品牌效應(yīng)。我想企業(yè)應(yīng)該共同努力，進(jìn)一步提高自己自主研發(fā)和創(chuàng)新的能力，為客戶提供可靠的解決方案，實現(xiàn)增強現(xiàn)實技術(shù)行業(yè)健康、穩(wěn)定、可持續(xù)的發(fā)展，進(jìn)而帶領(lǐng)中國的增強現(xiàn)實技術(shù)邁入國際大舞臺。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題：增強現(xiàn)實技術(shù)帶你體驗虛實世界
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