AR 又名：增強現(xiàn)實

　　技術(shù)原理

　　增強現(xiàn)實(Augmented Reality，簡稱AR)，也被稱為擴增現(xiàn)實(臺灣)。

　　增強現(xiàn)實技術(shù)，它是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息(視覺信息,聲音,味道,觸覺等),通過電腦等科學技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現(xiàn)實的感官體驗。真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。

　　增強現(xiàn)實技術(shù)，不僅展現(xiàn)了真實世界的信息,而且將虛擬的信息同時顯示出來，兩種信息相互補充、疊加。在視覺化的增強現(xiàn)實中，用戶利用頭盔顯示器，把真實世界與電腦圖形多重合成在一起，便可以看到真實的世界圍繞著它。

　　增強現(xiàn)實技術(shù)包含了多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器溶合、實時跟蹤及注冊、場景融合等新技術(shù)與新手段。增強現(xiàn)實提供了在一般情況下，不同于人類可以感知的信息。

　　主要特點

　　AR系統(tǒng)具有三個突出的特點：①真實世界和虛擬世界的信息集成；②具有實時交互性；③是在三維尺度空間中增添定位虛擬物體。AR技術(shù)可廣泛應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、建筑、教育、工程、影視、娛樂等領(lǐng)域。

　　組成形式

　　一個完整的增強現(xiàn)實系統(tǒng)是由一組緊密聯(lián)結(jié)、實時工作的硬件部件與相關(guān)的軟件系統(tǒng)協(xié)同實現(xiàn)的，常用的有如下三種組成形式。

　　Monitor-Based

　　在基于計算機顯示器的AR實現(xiàn)方案中，攝像機攝取的真實世界圖像輸入到計算機中，與計算機圖形系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬景象合成，并輸出到屏幕顯示器。用戶從屏幕上看到最終的增強場景圖片。它雖然簡單，但不能帶給用戶多少沉浸感。

　　光學透視式

　　頭盔式顯示器(Head-mounted displays,簡稱HMD)被廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，用以增強用戶的視覺沉浸感。增強現(xiàn)實技術(shù)的研究者們也采用了類似的顯示技術(shù)，這就是在AR中廣泛應(yīng)用的穿透式HMD。根據(jù)具體實現(xiàn)原理又劃分為兩大類，分別是基于光學原理的穿透式HMD(Optical See-through HMD)和基于視頻合成技術(shù)的穿透式HMD(Video See-through HMD)。　　光學透視式增強現(xiàn)實系統(tǒng)具有簡單、分辨率高、沒有視覺偏差等優(yōu)點，但它同時也存在著定位精度要求高、延遲匹配難、視野相對較窄和價格高等不足。

　　視頻透視式

　　視頻透視式增強現(xiàn)實系統(tǒng)采用的基于視頻合成技術(shù)的穿透式HMD(Video See-through HMD。

　　應(yīng)用領(lǐng)域

　　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)境進行增強顯示輸出的特性，在醫(yī)療研究與解剖訓練、精密儀器制造和維修、軍用飛機導航、工程設(shè)計和遠程機器人控制等領(lǐng)域，具有比VR技術(shù)更加明顯的優(yōu)勢。[2]

　　* 醫(yī)療領(lǐng)域：醫(yī)生可以利用增強現(xiàn)實技術(shù)，輕易地進行手術(shù)部位的精確定位。

　　* 軍事領(lǐng)域：部隊可以利用增強現(xiàn)實技術(shù)，進行方位的識別，獲得實時所在地點的地理數(shù)據(jù)等重要軍事數(shù)據(jù)。

　　* 古跡復原和數(shù)字化文化遺產(chǎn)保護：文化古跡的信息以增強現(xiàn)實的方式提供給參觀者，用戶不僅可以通過HMD看到古跡的文字解說，還能看到遺址上殘缺部分的虛擬重構(gòu)。

　　* 工業(yè)維修領(lǐng)域：通過頭盔式顯示器將多種輔助信息顯示給用戶，包括虛擬儀表的面板、被維修設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、被維修設(shè)備零件圖等。

　　*網(wǎng)絡(luò)視頻通訊領(lǐng)域：該系統(tǒng)使用增強現(xiàn)實和人臉跟蹤技術(shù)，在通話的同時在通話者的面部實時疊加一些如帽子、眼鏡等虛擬物體，在很大程度上提高了視頻對話的趣味性。

　　* 電視轉(zhuǎn)播領(lǐng)域：通過增強現(xiàn)實技術(shù)可以在轉(zhuǎn)播體育比賽的時候?qū)崟r的將輔助信息疊加到畫面中，使得觀眾可以得到更多的信息。

　　* 娛樂、游戲領(lǐng)域：增強現(xiàn)實游戲可以讓位于全球不同地點的玩家，共同進入一個真實的自然場景，以虛擬替身的形式，進行網(wǎng)絡(luò)對戰(zhàn)。

　　* 旅游、展覽領(lǐng)域：人們在瀏覽、參觀的同時，通過增強現(xiàn)實技術(shù)將接收到途經(jīng)建筑的相關(guān)資料，觀看展品的相關(guān)數(shù)據(jù)資料。

　　* 市政建設(shè)規(guī)劃：采用增強現(xiàn)實技術(shù)將規(guī)劃效果疊加真實場景中以直接獲得規(guī)劃的效果。

　　發(fā)展歷史

　　增強現(xiàn)實顯示器，將計算機生成的圖形疊加到真實世界中。自從二十世紀七十年代早期，Pong進入電子游戲廳以來，視頻游戲走進我們的生活已經(jīng)有30多年了，但是一直局限在屏幕中的2D世界中，而增強現(xiàn)實這一新技術(shù)的到來，將通過增強我們的見、聲、聞、觸和聽，進一步模糊真實世界與計算機所生成的虛擬世界之間的界線。

　　從虛擬現(xiàn)實（創(chuàng)建身臨其境的、計算機生成的環(huán)境）和真實世界之間的光譜來看，增強現(xiàn)實更接近真實世界。增強現(xiàn)實將圖像、聲音、觸覺和氣味按其存在形式添加到自然世界中。由此可以預見視頻游戲會推動增強現(xiàn)實的發(fā)展，但是這項技術(shù)將不僅僅局限于此，而會有無數(shù)種應(yīng)用。從旅行團到軍隊的每個人都可以通過此技術(shù)將計算機生成的圖像放在其視野之內(nèi)，并從中獲益。

　　增強現(xiàn)實將真正改變我們觀察世界的方式。想像您自己行走在或者驅(qū)車行駛在路上。通過增強現(xiàn)實顯示器（最終看起來像一副普通的眼鏡），信息化圖像將出現(xiàn)在您的視野之內(nèi)，并且所播放的聲音將與您所看到的景象保持同步。這些增強信息將隨時更新，以反映當時大腦的活動。在這篇文章中，我們將了解這項未來技術(shù)、其技術(shù)構(gòu)成以及如何使用該技術(shù)。

　　google公司2012年4月發(fā)布的 google glass是全球第一款真正意義上實現(xiàn)增強現(xiàn)實技術(shù)的硬件設(shè)備。

　　微軟公司于2015年1月22日發(fā)布的HoloLens 全息眼鏡。

　　Ingress 是全球最受歡迎的增強現(xiàn)實APP。

　　工作原理

　　移動式增強現(xiàn)實系統(tǒng)的早期原型增強現(xiàn)實的基本理念是將圖像、聲音和其他感官增強功能實時添加到真實世界的環(huán)境中。聽起來十分簡單。而且，電視網(wǎng)絡(luò)通過使用圖像實現(xiàn)上述目的不是已經(jīng)有數(shù)十年的歷史了嗎？的確是這樣，但是電視網(wǎng)絡(luò)所做的只是顯示不能隨著攝像機移動而進行調(diào)整的靜態(tài)圖像。增強現(xiàn)實遠比您在電視廣播中見到的任何技術(shù)都要先進，盡管增強現(xiàn)實的早期版本一開始是出現(xiàn)在通過電視播放的比賽和橄欖球比賽中，例如Racef/x和添加的第一次進攻線，它們都是由SporTVision創(chuàng)造的。這些系統(tǒng)只能顯示從一個視角所能看到的圖像。下一代增強現(xiàn)實系統(tǒng)將顯示能從所有觀看者的視角看到的圖像。

　　在各類大學和高新技術(shù)企業(yè)中，增強現(xiàn)實還處于研發(fā)的初級階段。最終，可能到這個十年結(jié)束的時候，我們將看到第一批大量投放市場的增強現(xiàn)實系統(tǒng)。一個研究者將其稱為“21世紀的隨身聽”。增強現(xiàn)實要努力實現(xiàn)的不僅是將圖像實時添加到真實的環(huán)境中，而且還要更改這些圖像以適應(yīng)用戶的頭部及眼睛的轉(zhuǎn)動，以便圖像始終在用戶視角范圍內(nèi)。下面是使增強現(xiàn)實系統(tǒng)正常工作所需的三個組件：

　　1.頭戴式顯示器

　　2.跟蹤系統(tǒng)

　　3.移動計算能力

　　增強現(xiàn)實的開發(fā)人員的目標是將這三個組件集成到一個單元中，放置在用帶子綁定的設(shè)備中，該設(shè)備能以無線方式將信息轉(zhuǎn)播到類似于普通眼鏡的顯示器上。讓我們分別來了解這個系統(tǒng)中的每個組件。

　　實際應(yīng)用

　　這項技術(shù)有數(shù)百種可能的應(yīng)用，其中游戲和娛樂是最顯而易見的應(yīng)用領(lǐng)域?？梢越o人們提供即時信息的不需要人們參與任何研究的任何系統(tǒng)，在相當多的領(lǐng)域?qū)λ腥硕际怯袃r值的。增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以立即識別出人們看到的事物，并且檢索和顯示與該景象相關(guān)的數(shù)據(jù)。

　　維修和建設(shè)——增強現(xiàn)實可以將標記器連接到人們正在施工的特定物體上，然后增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以在它上面描繪出圖像。

　　軍事——軍隊數(shù)十年來一直在設(shè)計使用增強現(xiàn)實，美國海軍研究所已經(jīng)資助了一些增強現(xiàn)實研究項目。國防先進技術(shù)研究計劃署（DARPA）已經(jīng)投資了HMD項目來開發(fā)可以配有便攜式信息系統(tǒng)的顯示器。其理念在于，增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以為軍隊提供關(guān)于周邊環(huán)境的重要信息，例如顯示建筑物另一側(cè)的入口，這有點像X射線視覺。增強現(xiàn)實顯示器還能突出顯示軍隊的移動，讓士兵可以轉(zhuǎn)移到敵人看不到的地方。

　　即時信息——旅行者和學生可以使用這些系統(tǒng)了解有關(guān)特定歷史事件的更多信息。想像行走在美國內(nèi)戰(zhàn)的戰(zhàn)場上，并且在頭戴式增強現(xiàn)實顯示器上看到重現(xiàn)的歷史事件。它將使您沉浸在歷史事件中，有身臨其境之感，而且視角將是全景的。

　　游戲——增強現(xiàn)實，由Niantic Lab出品的Ingress就是一款增強現(xiàn)實類游戲,中國一家公司開發(fā)的產(chǎn)品PP GUN也能通過和增強現(xiàn)實顯示器連接玩槍戰(zhàn)游戲。

　　國內(nèi)現(xiàn)狀

　　作為新型的人機接口和仿真工具，AR受到的關(guān)注日益廣泛，并且已經(jīng)發(fā)揮了重要作用，顯示出了巨大的潛力。

　　AR是充分發(fā)揮創(chuàng)造力的科學技術(shù)，為人類的智能擴展提供了強有力的手段，對生產(chǎn)方式和社會生活產(chǎn)生了巨大的深遠的影響。

　　隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，其內(nèi)容也勢必將不斷增加。而隨著輸入和輸出設(shè)備價格的不斷下降、視頻顯示質(zhì)量的提高以及功能很強大但易于使用的軟件的實用化，AR的應(yīng)用必將日益增長。AR技術(shù)在人工智能、CAD、圖形仿真、虛擬通訊、遙感、娛樂、模擬訓練等許多領(lǐng)域帶來了革命性的變化。

　　總體來講，增強現(xiàn)實在中國處于起步階段，許多虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的企業(yè)已經(jīng)開始專注于“增強現(xiàn)實”的研發(fā)和應(yīng)用。比如中視典數(shù)字科技研發(fā)的VRP12.0就集成了增強現(xiàn)實的功能。

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