孫瑀陽+蘇晴

【摘要】作為日漸興起的新型媒體表現(xiàn)形式，現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)有著巨大的潛力和無可比擬的良好體驗(yàn)。作為即將改變?nèi)祟惾粘Ｉ畹男录夹g(shù)，AR也在朝著多領(lǐng)域和多元化的方向發(fā)展。本文簡(jiǎn)單簡(jiǎn)述了AR技術(shù)的概念和應(yīng)用領(lǐng)域，使讀者對(duì)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)和了解。

【關(guān)鍵詞】AR；現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也稱擴(kuò)增現(xiàn)實(shí)技術(shù)，簡(jiǎn)稱AR，是一種可以“無縫”銜接虛擬世界信息和真實(shí)世界信息的新興技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)的很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息（視覺信息，聲音，味道，觸覺等）通過電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再進(jìn)行合成疊加，將虛擬的信息拼接到真實(shí)世界，讓真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物品實(shí)時(shí)地疊加到同一個(gè)畫面或空間，從而被人類感官所感知，達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。

在視覺化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中，用戶可以通過手機(jī)，顯示器，電視等設(shè)備，把真是世界與電腦圖形多重合成在一起，便能體驗(yàn)到AR技術(shù)的魅力所在。AR主要包括多媒體、三維建模、實(shí)時(shí)視頻顯示及控制、多傳感器融合、實(shí)時(shí)跟蹤及注冊(cè)、場(chǎng)景融合等新技術(shù)與新手段。

一個(gè)完整的AR系統(tǒng)，需要一組實(shí)時(shí)工作，緊密相連的硬件與相關(guān)軟件協(xié)同完成實(shí)現(xiàn)，在日積月累的發(fā)展中，形成了以下三種組成形式：

1.Monitor-Based增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

在基于計(jì)算機(jī)顯示器的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)方案中，Monitor-Based增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過攝像機(jī)抓取真是世界的圖像輸入到計(jì)算機(jī)中，并將其與計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬景象進(jìn)行合成，最終輸出到屏幕顯示器上。用戶從屏幕上看到最終的增強(qiáng)場(chǎng)景圖像。Monitor-Based增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。Monitor-Based增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)雖然簡(jiǎn)單，但最終的呈現(xiàn)方式卻與傳統(tǒng)的媒體形式相差不大，所以Monitor-Based增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)并不會(huì)給用戶帶來沉浸感。

2.透視式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

在VR領(lǐng)域中頭盔式現(xiàn)實(shí)器HMD被廣泛應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)者們用HMD來增強(qiáng)用戶體驗(yàn)時(shí)的沉浸感。與VR類似，AR的開發(fā)者們也使用了類似的技術(shù)，那就是在AR技術(shù)中廣泛使用的穿透式HMD。開發(fā)者根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)的原理不同，又將穿透式HMD分為兩類：基于光學(xué)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），兩種穿透式增強(qiáng)系統(tǒng)又有各自的特點(diǎn)。

光學(xué)透視式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、分辨率高、視覺偏差小等優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)的，光學(xué)透視式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)定位的精度要求高、對(duì)延遲匹配較難，視野也與傳統(tǒng)的HMD相比較窄，價(jià)格也是十分的昂貴。

與把用戶的意識(shí)帶到虛擬世界的VR不同，AR帶給用戶的視覺體驗(yàn)不一定都是虛幻的，用戶看到的場(chǎng)景會(huì)有真實(shí)的部分和虛擬的部分。AR技術(shù)將虛擬的信息整合到現(xiàn)實(shí)的空間中，在將其輸出，最終用戶看到的就是現(xiàn)實(shí)與虛擬的完美結(jié)合。AR技術(shù)不會(huì)導(dǎo)致用戶現(xiàn)實(shí)感的喪失，同時(shí)還能用戶的想象具象化，呈現(xiàn)在用戶的眼前。

在交互方面，由于AR是現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景和虛擬場(chǎng)景的結(jié)合，所以攝像頭就成為AR系統(tǒng)中最基礎(chǔ)、最重要的設(shè)備。AR技術(shù)在攝像頭拍攝到的真實(shí)的畫面基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬的信息以展示和互動(dòng)。

而在技術(shù)上AR技術(shù)應(yīng)用了很多computer vision技術(shù)。AR技術(shù)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)復(fù)原用戶的視覺功能，在用戶體驗(yàn)的過程中，AR設(shè)備會(huì)自動(dòng)跟蹤識(shí)別物體，而不是讓用戶自己手動(dòng)去框選；同時(shí)AR技術(shù)會(huì)自主跟蹤并且對(duì)周圍的場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)的3d建模，而不是開發(fā)者打開開發(fā)軟件，照著構(gòu)思好的或者真實(shí)場(chǎng)景制作一個(gè)極為相似的。

AR的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，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?shí)環(huán)境進(jìn)行增強(qiáng)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(jī)導(dǎo)航、工程設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程機(jī)器人控制等領(lǐng)域，具有比VR技術(shù)更加明顯的優(yōu)勢(shì)。

在不遠(yuǎn)的將來，現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)帶給我們生活上巨大的影響將成為必然。雖然這種影響產(chǎn)生的變革不會(huì)一蹴而就，但其潛移默化的影響將會(huì)是無比深刻的。在當(dāng)代，已經(jīng)有一些前衛(wèi)的生活領(lǐng)域出現(xiàn)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

2013年，AR技術(shù)頂上了春晚的舞臺(tái)，并被廣泛使用，從那時(shí)起，AR走進(jìn)了大眾的視野，越來越多的人開始了解AR，開始體驗(yàn)AR。其實(shí)早在2010年世界杯期間，央視的《豪門盛宴》演播間就曾經(jīng)使用過AR技術(shù)，演播間將世界杯的logo制作成AR的識(shí)別圖案，將場(chǎng)館和球員以AR技術(shù)展現(xiàn)，讓電視機(jī)前的觀眾感受到了AR的魅力所在。

2016年7月，任天堂公司開發(fā)的游戲《精靈寶可夢(mèng)Go》在澳大利亞新西蘭區(qū)域首發(fā)，該游戲就是以定位技術(shù)和AR技術(shù)相結(jié)合，讓玩家體驗(yàn)到游戲中“訓(xùn)練師”的真實(shí)體驗(yàn)。AR技術(shù)將玩家所拍攝的真實(shí)場(chǎng)景與虛擬的“怪獸”完美結(jié)合在一起，并通過手機(jī)屏幕輸出，玩家通過屏幕的觸控，與“怪獸”和場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)。

同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)高度發(fā)展的當(dāng)代，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合也成為一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。通過云數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和足夠快的數(shù)據(jù)傳輸速度，開發(fā)者完全可以減少增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)備，同時(shí)在系統(tǒng)的效能也有了大大的提高。除了現(xiàn)在AR的使用平臺(tái)作為研究的熱點(diǎn)外，如何使AR系統(tǒng)的體積減小，能耗降低也是開發(fā)者和廠商所不可忽視的一個(gè)研究方向。在未來，當(dāng)AR技術(shù)成熟時(shí)，將會(huì)有更多的人能夠體會(huì)到AR技術(shù)的魅力，具有完善人機(jī)交互系統(tǒng)的AR也將成為新時(shí)代媒體的主流技術(shù)。