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什么是增强现实?

本站的目标致力于增强现实科技的宣传、分享、交流与学习。通过增进人们对增强现实技术的了解,推动增强现实在各行各业的应用,通过增强现实,改进人们的生活。下面我们就从“什么是增强现实”开始对其进行了解吧。

增强现实的历史
人们对增强现实的研究是从19世纪中后期开始,该技术从诞生开始就主要受到硬件技术的限制,初期主要采用昂贵的HMD(Head Mounted Display)来进行试验研究。

arhistory
随着个人电脑的性能不断改进,2007年左右AR的概念开始逐渐的在专门的研究者之外流传开来。
现在随着硬件技术的发展,摄像设备与显示设备的小型化,特别是移动设备的普及,增强现实越来越接近我们的生活,如下面的google glass 就同时提供了微型的摄像与显示终端,使增强现实向我们又迈进了一步。

argoogleglass

增强现实的定义与原理
增强现实(Augmented Reality,简称 AR),是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术,这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。这种技术1990年代即被提出,但由于硬件设备的限制一直未能广泛应用,随着随身电子产品运算能力的提升,预期增强现实的用途将会越来越广。
就个人而言,我认为增强现实只是一种更加直观的信息展示技术。通过这种信息展示方式,增强现实可以将我们的现实生活与信息完全融合起来,实现线上线下的连接。
下面给大家看看一个与增强现实相关的视频,是一款增强现实手机应用Layer的宣传视频,看完之后大家应该能对增强现实有一个比较感性的认识。

接下来我们来看看增强现实大致的工作原理。
第一步,增强现实软件通过摄像头或其他影像获取装置获取到现实世界的影像、深度、位置等信息;
第二步,利用识别算法,综合考虑获取的影像、深度、位置等现实世界信息进行识别,例如下图中AR软件识别出中间的建筑为东方明珠;
第三步,根据识别结果,获取相关信息,例如从数据库中获取前面识别到的东方明珠的信息;
第四步,就是将影像与识别到的目标和信息进行融合,并叠加到影像中,例如下图中将东方明珠的相关信息与东方明珠进行了关联显示。需要注意的一点是第四步中的关联融合绝对不是简单的二维的叠加,而是三维空间上的叠加,当识别出的目标有遮挡关系时,这一点就显得特别重要。

ar-workflow

增强现实的发展方向
通过分析增强现实的工作原理,增强现实未来的发展可以分为四个方向:
1.现实世界信息获取方式的发展进步。摄像头会变得越来越小、获取的信息也会越来越多(例如在捕获现实世界可见光信息的同时捕获红外信息、深度、位置信息等)。在将来或许我们将不需要摄像机,增强现实软件直接获取眼睛所捕获的影像进行分析,当然这更多的将要依赖生物技术的发展。
2.识别与分析技术的进步。现在大多数的增强现实的目标识别都是针对二维MARK、或者是有限的图片进行识别,随着识别技术的进步,软件能够识别的信息将越来越多,能够使用增强现实标示的信息也将越来越多。
3.信息与现实目标的融合显示技术。如何将信息更好的叠加到现实影像上,使人感觉更加真实、自然也是后面我们需要努力完成的问题。
另外我们还需要认识到将来数字世界(或者叫数字地球)和增强现实这两方面将会慢慢融合,现实世界的信息和数字世界的信息将会实现双向同步,现实世界的信息将会实时同步到数字世界中,同时数字世界中的信息也将实时叠加显示到现实世界中。

增强现实现阶段的限制与不足
但不得不说的是,这种展示技术十分依赖于硬件的发展,如果类似google glass的便携显示设备进入每个人的生活,才能推动该技术的应用。
增强现实除了硬件技术的限制以外,软件技术上未攻破的难点也有两点:
1.现实物体的识别,包括图像识别、形状识别、位置识别等综合技术。只有这些技术的进步,电脑才能知道这是一个真实的汽车,还是一张汽车的图片或模型 。
2.3D虚拟物体与真实世界物体的关系难以判断,导致显示不真实。例如很难对真实物体和叠加的虚拟信息间的遮挡、碰撞关系进行判断(类似Kinect装载的微型深度传感器的发展或许能解决一部分这方面的问题);另外光照信息也难以准确判断,现阶段增强现实显示的模型都采用静态光照渲染技术,虚拟物体无法反应真实环境下的光照、材质效果。

增强现实的优势
如果硬件设备和软件技术上的瓶颈能够突破,增强现实相对于其他信息展现方式的优势可以体现在以下几个方面:
1.无限的立体投影空间,脱离了投影屏幕和显示屏的限制;
2.私密的展现方式,由于可以直接投影到每个个体的眼睛上,信息的保密性极强;
3.个性化的交互展现方式,每个人可以对同一投影物体进行不一样的交互,对于产品的展示比较方便。
4.与现实物体进行融合显示,这一点是与虚拟现实的本质区别,也正是由于这一特点增强现实可以充分利用现实空间,可以对信息进行直接的关联展示,同时还可利用真实角色与虚拟角色的实时互动,进行电影拍摄或教学。

增强现实的未来
增强现实只是一种较先进的信息展现方式,而且说实话现阶段的技术还不是特别完善,很多好的概念由于技术限制还难以实现。但如果增强现实技术的软硬件困难得到克服,智能眼镜得到广泛应用。可以想象,如果将这一技术与京东、天猫或其他购物网站信息关联起来将构建一个更为便捷的电子商务渠道,拥有智能眼镜的用户只需盯着他所喜欢的家具,眼镜就能捕获用户所关心的产品,识别出你所看到的高脚凳,搜索购物网站上相关产品的信息,并将所有信息展示在你眼前,当然其中最重要的信息就是他们在各网站上的价格。另外增强信息给我们一种更加自然方便的使用信息的方式。例如,当你参加一次会议时,环顾会场,智能眼镜捕获到你所看到的每一个人,并在信息库中搜索相关信息,告诉你他们是谁,他们所在的行业,以及他们的大客户是谁。它会突然提醒你,你的大客户马花藤就在那边,他的战略是通过一款新的产品渗透欧洲市场,虽然你竞争对手的产品比你要好,但你的智能眼镜帮你优先捕获到这一信息,你可以走过去,向他做自我介绍。在繁杂的地铁站里,叠加在现实场景之上导向图标,指引着你到达目的地;在旅游的时候,即时的历史、风土人情、美食讲解;戴上AR的眼镜,人们可以像钢铁侠里面那样,即时看到关于眼前的人的相关情报信息,这些都是增强现实的应用,增强现实将我们的生活带入未来。
我们都知道几十年前,鼠标的发明改变了人与机器的交互方式,如果增强现实与体感技术相结合,将带来另一次人机交互技术的飞跃,不多说下面我们看看两个AR与体感相结合进行人机交互的三个视频(前两个是案例视频,第三个是概念视频),直观的感受一下。



虽然前路坎坷,但不管多久,只要科技还在进步,增强现实的春天有一天一定会到来。

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