AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)簡介

1、研究與應(yīng)用 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR），是在虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，也被稱之為混合現(xiàn)實(shí)。是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場景中，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。 AR通常首先借助于某種設(shè)備（最典型的是攝像頭）獲取“現(xiàn)實(shí)”的影像，然而在這種影像卻不是如傳統(tǒng)視頻應(yīng)用那樣的原封不動展示到屏幕上，而是經(jīng)過了一道信息技術(shù)的處理，將在原生的影像上疊加上文字、聲音、虛擬圖像形象等信息之后再展示給用戶。什么是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)？什么是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)？ 我們利用一款蘋果系統(tǒng)的游戲來解釋就是真實(shí)

2、場景，模擬對戰(zhàn)。 游戲的背景直接是游戲玩家周圍所見的景色。雖然周圍人來人往一派繁榮，游戲玩家卻像鬼故事中的巫師或者茅山道士，通過手中的 iPad 看到熟悉的大街上一個(gè)一個(gè)青面獠牙的僵尸迎面撲來。有趣的是還可以結(jié)合了 GPS 和陀螺儀，確定了游戲玩家所在的地點(diǎn)，游戲玩家可以去到游戲預(yù)制的現(xiàn)實(shí)醫(yī)院/藥店恢復(fù)體力，可以去到指定的現(xiàn)實(shí)商店購置設(shè)備。動漫里很多用高科技眼鏡分析現(xiàn)場也是利用了AR技術(shù)虛實(shí)結(jié)虛實(shí)結(jié)合三維維注冊冊實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)交互特點(diǎn)01 工作原理1.1 基本流程1.2 相關(guān)支撐技術(shù)02 實(shí)際應(yīng)用03 國內(nèi)現(xiàn)狀3.1 研究現(xiàn)狀3.2 存在的問題04 未來前景4.1 4.2 索引01 工作原理 AR系

3、統(tǒng)中，成像設(shè)備、跟蹤與定位技術(shù)和交互技術(shù)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)。01組組成形式簡單AR系統(tǒng)的基本流程01組組成形式 一個(gè)完善的AR系統(tǒng)包括多個(gè)學(xué)科研究的技術(shù)，其中系統(tǒng)顯示定位技術(shù)，虛實(shí)融合技術(shù)和用戶交互技術(shù)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)AR系統(tǒng)的基本支撐技術(shù)。頭盔顯示器投影式 (顯示技術(shù)手持式顯示器普通液晶顯示器一、AR系統(tǒng)的顯示技術(shù)01組組成形式二、跟蹤定位技術(shù) 由于要實(shí)現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實(shí)物體的完美結(jié)合，必須將虛擬物體合并到現(xiàn)實(shí)世界中的準(zhǔn)確位置，這個(gè)過程稱為注冊 (registration)。 因此AR跟蹤定位系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r(shí)地檢測觀察者在場景中的位置、視域的方向，甚至是運(yùn)動的情況，以便用來幫助系統(tǒng)決定顯示何種

4、虛擬物體，并按照觀察者的視場重建坐標(biāo)系。01組組成形式三、虛實(shí)融合技術(shù) 虛實(shí)配準(zhǔn)技術(shù)是任何實(shí)用的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所首先需要解決的重要問題，這也是國內(nèi)外眾多研究人員對此問題展開詳細(xì)研究的原因所在。 介紹一種基于自定標(biāo)技術(shù)的虛實(shí)配準(zhǔn)策略。 該方法采用小孔成像模型，在歐氏坐標(biāo)系下表達(dá)虛擬場景，能夠克服仿射變換方法的一系列缺陷，同時(shí)由于在運(yùn)行過程中能夠自動計(jì)算攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)，使得系統(tǒng)的運(yùn)行不在依賴于對攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的事先確定，有效提高了系統(tǒng)的可用性和精確性。01組組成形式四、用戶交互技術(shù) 下一代AR技術(shù)的主要特征是實(shí)現(xiàn)用戶與真實(shí)場景中的虛擬物體之間更自然的交互，AR系統(tǒng)需要通過跟蹤定位設(shè)備獲取交互控制數(shù)據(jù)

5、執(zhí)行用戶對虛擬物體實(shí)施的行為指令。ARAR應(yīng)用系統(tǒng)常使用以下應(yīng)用系統(tǒng)常使用以下3 3種方式實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的交互種方式實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的交互: :標(biāo)識特征點(diǎn)姿態(tài)命令特制工具02 實(shí)際應(yīng)實(shí)際應(yīng)用 一旦研究人員克服了所面臨的各種挑戰(zhàn)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將很可能遍及我們生活的各個(gè)角落。它可能應(yīng)用到幾乎所有行業(yè)中。1-1 工業(yè)維修領(lǐng)域. 旅游、展覽領(lǐng)域 軍事領(lǐng)域 醫(yī)療領(lǐng)域 網(wǎng)絡(luò)視頻通訊領(lǐng)域 娛樂游戲領(lǐng)域 古跡復(fù)原和文化遺產(chǎn)保護(hù)13 / 1202實(shí)際應(yīng)實(shí)際應(yīng)用工業(yè)維修領(lǐng)域02實(shí)際應(yīng)實(shí)際應(yīng)用 這很可能是應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的第一個(gè)行業(yè)。可以將標(biāo)記器連接到人們正在施工的特定物體上，實(shí)際應(yīng)用然后增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以在它上面描繪

6、出圖像。這是一個(gè)比較簡單的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)形式，因?yàn)橄到y(tǒng)只需要知道用戶相對于他看到的物體所在的位置，而不必跟蹤那個(gè)人的確切物理位置。旅游、展覽領(lǐng)域02實(shí)際應(yīng)實(shí)際應(yīng)用 人們在瀏覽、參觀的同時(shí)，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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。軍事領(lǐng)域02實(shí)際應(yīng)實(shí)際應(yīng)用 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以為軍隊(duì)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(diǎn)像X射線視覺。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示器還能突出顯示軍隊(duì)的移動，讓士兵可以轉(zhuǎn)移到敵人看不到的地方。醫(yī)療領(lǐng)域02實(shí)際應(yīng)實(shí)際應(yīng)用 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)運(yùn)用到醫(yī)療中，可以使外科醫(yī)生在給病人動手術(shù)的過程中，看到注冊到病人身體上的CT 或者M(jìn)RI 圖像。不僅如此，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

7、系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療教育培訓(xùn)中。另外，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)還可用于虛擬人體解剖圖、虛擬人體功能、虛擬手術(shù)模擬、遠(yuǎn)程手術(shù)等并且可以用于康復(fù)醫(yī)療。網(wǎng)絡(luò)視頻通訊領(lǐng)域02實(shí)際應(yīng)實(shí)際應(yīng)用 該系統(tǒng)使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和人臉跟蹤技術(shù)，在通話的同時(shí)在通話者的面部實(shí)時(shí)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。娛樂、游戲領(lǐng)域02實(shí)際應(yīng)實(shí)際應(yīng)用 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲可以讓位于全球不同地點(diǎn)的玩家，共同進(jìn)入一個(gè)真實(shí)的自然場景，以虛擬替身的形式，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)對戰(zhàn)。古跡復(fù)原和文化遺產(chǎn)保護(hù)02實(shí)際應(yīng)實(shí)際應(yīng)用 文化古跡的信息以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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)。03

8、國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域,雖然在國內(nèi)的于升究起步較晚，但因?yàn)樵鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有很大的應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿?，因此正越來越引起國?nèi)學(xué)者的關(guān)注。03國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀22 / 12l目前國內(nèi)AR的研究成果主要有：l北京理工大學(xué)自主研制了視頻、光學(xué)穿透式兩類頭盔顯示器l北京理工大學(xué)利用AR技術(shù)重建圓明園的實(shí)驗(yàn)也取得了重要進(jìn)展l上海大學(xué)快速制造工程中心與浙江大學(xué)合作開發(fā)了AR場景光源的實(shí)時(shí)檢測和真實(shí)感繪制框架l此外，在城市規(guī)劃、地下管網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域也有相關(guān)的研究視頻透視式頭盔顯示器光學(xué)透視式頭盔顯示器真實(shí)場景增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場景03國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀我國在AR領(lǐng)域的研究起步較晚，研究機(jī)構(gòu)

9、主要集中在高校的科研單位 從國內(nèi)發(fā)表的論文來看，主要集中在系統(tǒng)應(yīng)用和配準(zhǔn)技術(shù)上，研究的問題比較單一、涉及面比較窄北京理工大學(xué)北京航空航天大學(xué)國防大學(xué)浙江大學(xué)上海大學(xué)03國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀 雖然增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在近20 年來取得了很大的發(fā)展，但是還是存在很多技術(shù)方面的難題。 例如透視式系統(tǒng)沒有足夠的亮度、分辨率和對比度。目前的大多數(shù)系統(tǒng)都是運(yùn)用于預(yù)知的環(huán)境中，而在非預(yù)知的環(huán)境中的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)比較少。 國內(nèi)相關(guān)的研究還多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，能夠商業(yè)化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品更是鳳毛麟角。存在的問題存在的問題04 未來來前景值得期待的 4 個(gè)增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用方向： 空間計(jì)算 互動游戲 感知人腦 交互提升 一些高科技公司正

10、在通過構(gòu)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)平臺，來實(shí)現(xiàn)更為廣泛的應(yīng)用形態(tài)，比如Wikitude和Layar，它們擁有一個(gè)開放式的SDK，讓iOS、Android、黑莓10以及Web開發(fā)者（支持HTML5、JavaScript和CSS ）可以創(chuàng)建基于地理位置、圖像識別、三維動畫的跨平臺增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)模塊。聽上去有些復(fù)雜，其實(shí)非常簡單。不管是iPhone、Android或是其他平臺的手機(jī)，都能夠通過應(yīng)用和攝像頭掃描出擁有豐富信息的現(xiàn)實(shí)場景，你能夠了解到這家酒店、餐館的評分，可以看到這個(gè)商品的官方信息等等。當(dāng)然，創(chuàng)建龐大的數(shù)據(jù)庫是一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事情，但我們相信，這種應(yīng)用形勢最終會成為現(xiàn)實(shí)。 同時(shí)，類似谷歌圖形搜索這樣的應(yīng)用則用另一

11、種方式來解釋增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它能夠?qū)崿F(xiàn)一站式掃描、識別物體的效果，比如一幅名畫的作者、一段文字的語言類型并翻譯成用戶母語，而不是單純識別某種條碼。掃描物體的數(shù)量也在不斷增加，實(shí)現(xiàn)更一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)化的搜索體驗(yàn)。 我們最近已經(jīng)看到一種新的應(yīng)用概念。三星最近申請了一項(xiàng)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的游戲鍵盤技術(shù)，從側(cè)面也印證了三星智能眼鏡的存在。這種技術(shù)可以讓佩戴眼鏡的用戶看到自己手上的虛擬鍵盤，只要用拇指點(diǎn)擊其他手指就能完成文字輸入。當(dāng)然，智能眼鏡上的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用也會有一些令人擔(dān)心的地方，比如分散我們的注意力或是網(wǎng)絡(luò)安全隱患，讓黑客通過這種技術(shù)攻擊用戶。不過我們暫時(shí)也不用過于擔(dān)心，因?yàn)槿藗冎粫褂迷鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用來看自己感興趣的