AR增強現(xiàn)實簡介

1、研究與應(yīng)用 增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱AR），是在虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，也被稱之為混合現(xiàn)實。是通過計算機系統(tǒng)提供的信息增加用戶對現(xiàn)實世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實場景中，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的增強。 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”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。什么是增強現(xiàn)實？什么是增強現(xiàn)實？ 我們利用一款蘋果系統(tǒng)的游戲來解釋就是真實

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一個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，游戲玩家可以去到游戲預(yù)制的現(xiàn)實醫(yī)院/藥店恢復體力，可以去到指定的現(xiàn)實商店購置設(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)虛實結(jié)虛實結(jié)合三維維注冊冊實時實時交互特點01 工作原理1.1 基本流程1.2 相關(guān)支撐技術(shù)02 實際應(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)是實現(xiàn)一個基本系統(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 一個完善的AR系統(tǒng)包括多個學科研究的技術(shù)，其中系統(tǒng)顯示定位技術(shù)，虛實融合技術(shù)和用戶交互技術(shù)是實現(xiàn)一個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) 由于要實現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實物體的完美結(jié)合，必須將虛擬物體合并到現(xiàn)實世界中的準確位置，這個過程稱為注冊 (registration)。 因此AR跟蹤定位系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r地檢測觀察者在場景中的位置、視域的方向，甚至是運動的情況，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系。01組組成形式三、虛實融合技術(shù) 虛實配準技術(shù)是任何實用的增強現(xiàn)實系統(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研究的原因所在。 介紹一種基于自定標技術(shù)的虛實配準策略。 該方法采用小孔成像模型，在歐氏坐標系下表達虛擬場景，能夠克服仿射變換方法的一系列缺陷，同時由于在運行過程中能夠自動計算攝像機內(nèi)部參數(shù)，使得系統(tǒng)的運行不在依賴于對攝像機內(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)的主要特征是實現(xiàn)用戶與真實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種方式實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的交互種方式實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的交互: :標識特征點姿態(tài)命令特制工具02 實際應(yīng)實際應(yīng)用 一旦研究人員克服了所面臨的各種挑戰(zhàn)，增強現(xiàn)實將很可能遍及我們生活的各個角落。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 古跡復原和文化遺產(chǎn)保護13 / 1202實際應(yīng)實際應(yīng)用工業(yè)維修領(lǐng)域02實際應(yīng)實際應(yīng)用 這很可能是應(yīng)用增強現(xiàn)實的第一個行業(yè)。可以將標記器連接到人們正在施工的特定物體上，實際應(yīng)用然后增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以在它上面描繪

6、出圖像。這是一個比較簡單的增強現(xiàn)實形式，因為系統(tǒng)只需要知道用戶相對于他看到的物體所在的位置，而不必跟蹤那個人的確切物理位置。旅游、展覽領(lǐng)域02實際應(yīng)實際應(yīng)用 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。軍事領(lǐng)域02實際應(yīng)實際應(yīng)用 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。醫(yī)療領(lǐng)域02實際應(yīng)實際應(yīng)用 增強現(xiàn)實運用到醫(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MRI 圖像。不僅如此，增強現(xiàn)實

7、系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療教育培訓中。另外，增強現(xiàn)實還可用于虛擬人體解剖圖、虛擬人體功能、虛擬手術(shù)模擬、遠程手術(shù)等并且可以用于康復醫(yī)療。網(wǎng)絡(luò)視頻通訊領(lǐng)域02實際應(yīng)實際應(yīng)用 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。娛樂、游戲領(lǐng)域02實際應(yīng)實際應(yīng)用 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)。古跡復原和文化遺產(chǎn)保護02實際應(yīng)實際應(yīng)用 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)。03

8、國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀 增強現(xiàn)實技術(shù)作為一個新興的研究領(lǐng)域,雖然在國內(nèi)的于升究起步較晚，但因為增強現(xiàn)實技術(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北京理工大學自主研制了視頻、光學穿透式兩類頭盔顯示器l北京理工大學利用AR技術(shù)重建圓明園的實驗也取得了重要進展l上海大學快速制造工程中心與浙江大學合作開發(fā)了AR場景光源的實時檢測和真實感繪制框架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透視式頭盔顯示器真實場景增強現(xiàn)實場景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北京航空航天大學國防大學浙江大學上海大學03國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀 雖然增強現(xiàn)實技術(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)都是運用于預(yù)知的環(huán)境中，而在非預(yù)知的環(huán)境中的增強現(xiàn)實系統(tǒng)比較少。 國內(nèi)相關(guān)的研究還多停留在實驗室階段，能夠商業(yè)化的增強現(xiàn)實產(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 個增強實現(xiàn)應(yīng)用方向： 空間計算 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)增強現(xiàn)實平臺，來實現(xiàn)更為廣泛的應(yīng)用形態(tài)，比如Wikitude和Layar，它們擁有一個開放式的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現(xiàn)實模塊。聽上去有些復雜，其實非常簡單。不管是iPhone、Android或是其他平臺的手機，都能夠通過應(yīng)用和攝像頭掃描出擁有豐富信息的現(xiàn)實場景，你能夠了解到這家酒店、餐館的評分，可以看到這個商品的官方信息等等。當然，創(chuàng)建龐大的數(shù)據(jù)庫是一個費時費力的事情，但我們相信，這種應(yīng)用形勢最終會成為現(xiàn)實。 同時，類似谷歌圖形搜索這樣的應(yīng)用則用另一

11、種方式來解釋增強現(xiàn)實技術(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，實現(xiàn)更一種增強現(xiàn)實化的搜索體驗。 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基于增強現(xiàn)實的游戲鍵盤技術(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，只要用拇指點擊其他手指就能完成文字輸入。當然，智能眼鏡上的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用也會有一些令人擔心的地方，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。不過我們暫時也不用過于擔心，因為人們只會使用增強現(xiàn)實應(yīng)用來看自己感興趣的