增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù) (AR)一、AR定義：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)( Augmented Reality ，簡稱 AR)，是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī) 影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)， 這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世 界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。這種技術(shù)由 1990 年提出。隨著隨身電子產(chǎn)品運(yùn)算 能力的提升，預(yù)期增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的用途將會(huì)越來越廣。二、技術(shù)原理：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它是一種將真實(shí)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(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)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)，模擬仿真后再疊加，將虛擬 的信息應(yīng)用到真實(shí)世界， 被人類感官所

2、感知， 從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。 真 實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫面或空間同時(shí)存在。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不僅展現(xiàn)了真實(shí)世界的信息 , 而且將虛擬的信息同時(shí)顯示出 來，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加。在視覺化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中，用戶利用頭盔顯示器， 把真實(shí)世界與電腦圖形多重合成在一起，便可以看到真實(shí)的世界圍繞著它。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含了多媒體、 三維建模、 實(shí)時(shí)視頻顯示及控制、 多傳感器溶 合、實(shí)時(shí)跟蹤及注冊(cè)、 場景融合等新技術(shù)與新手段。 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)提供了在一般情況 下，不同于人類可以感知的信息。三、主要特點(diǎn)AR系統(tǒng)具有三個(gè)突出的特點(diǎn)：真實(shí)世界和虛擬世界的信息集成；具有 實(shí)時(shí)交互性；是在三維尺度空間中增

3、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。四、組成形式一個(gè)完整的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是由一組緊密聯(lián)結(jié)、 實(shí)時(shí)工作的硬件部件與相關(guān)的 軟件系統(tǒng)協(xié)同實(shí)現(xiàn)的，常用的有如下三種組成形式。(一) Monitor-Based在基于計(jì)算機(jī)顯示器的 AR實(shí)現(xiàn)方案中，攝像機(jī)攝取的真實(shí)世界圖像輸入到 計(jì)算機(jī)中， 與計(jì)算機(jī)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(qiáng)場景圖片。它雖然簡單，但不能帶給用戶多少沉浸感。 Monitor-Based 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案如下圖所示。(二) 光學(xué)透視式頭盔式顯示器 (Head-mounted displ

4、ays, 簡稱 HMD被) 廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí) 系統(tǒng)中，用以增強(qiáng)用戶的視覺沉浸感。 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(shí)現(xiàn)原理又劃分為 兩大類，分別是基于光學(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。) 光學(xué)透視式增強(qiáng)現(xiàn) 實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案如下圖所示。光學(xué)透視式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有簡單、 分辨率高、 沒有視覺偏差等優(yōu)點(diǎn)， 但它 同時(shí)也存在著定位精度要求高、延遲匹配難、視野相對(duì)較窄和價(jià)格高等不足。（三）視頻透視式視頻透視式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

5、系統(tǒng)采用的基于視頻合成技術(shù)的穿透式。 HMD（Video See-through HMD，） 實(shí)現(xiàn)方案如圖 5 所示。四、 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(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)。 * 醫(yī)療領(lǐng)域：醫(yī)生可以利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，輕易地進(jìn)行手術(shù)部位的精確定位。* 軍事領(lǐng)域： 部隊(duì)可以利用增強(qiáng)生活中的 AR現(xiàn)實(shí)技術(shù)， 進(jìn)行方位的

6、識(shí)別， 獲得 實(shí)時(shí)所在地點(diǎn)的地理數(shù)據(jù)等重要軍事數(shù)據(jù)。* 古跡復(fù)原和數(shù)字化文化遺產(chǎn)保護(hù)：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)。* 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(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(duì) 話的趣味性。* 電視轉(zhuǎn)播領(lǐng)域：通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在轉(zhuǎn)播體育比賽的時(shí)候?qū)崟r(shí)的將輔助 信息疊加到畫面中，使得觀眾可以

7、得到更多的信息。* 娛樂、游戲領(lǐng)域：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(duì)戰(zhàn)。* 旅游、展覽領(lǐng)域：人們?cè)跒g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。* 市政建設(shè)規(guī)劃：采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將規(guī)劃效果疊加真實(shí)場景中以直接獲得規(guī) 劃的效果。國內(nèi)首次將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到普通生活中，是在蘋果的 AppStore 上發(fā)布的一款免 費(fèi)的叫作出行百科 （ 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)版 ）XINGWIKI的軟件?？傮w來講， 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在中國處于起步階段， 許多虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的企業(yè)已經(jīng)開始專 注于“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”的研發(fā)和應(yīng)用。 比如中視典數(shù)字

8、科技研發(fā)的就集成了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 的功能。城市鏡頭是國內(nèi)首款聚合了目前移動(dòng)互聯(lián)最新 AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的智能 手機(jī)應(yīng)用。并致力打造全新的城市導(dǎo)游、導(dǎo)覽、導(dǎo)購，景點(diǎn)與游客、商戶與用戶 無縫鏈接全新的移動(dòng)互聯(lián)多資源整合平臺(tái)。舉起愛機(jī)，面向要去的方向。整街商鋪、公共設(shè)施悉數(shù)羅列。攝像頭實(shí)景展 現(xiàn)功能，讓您看到、聽到、聞到，給您身臨其境，新奇有趣的導(dǎo)航體驗(yàn)。換個(gè)方 向，又是完全不同的搜索結(jié)果， 所謂“城市鏡頭手機(jī)中， 前后左右鋪不同”。 給 用戶以新奇實(shí)用的導(dǎo)航體驗(yàn)。應(yīng)用整合了各城市旅游、餐飲、娛樂、購物、生活、媒體等人們生活中所需 的一切信息，并有精準(zhǔn)的 AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）朝向數(shù)據(jù)導(dǎo)航，為用戶輕松定位、準(zhǔn) 確指引。從而方便、 快捷、有效的幫助人們對(duì)所