前景光明的增強現(xiàn)實技術(shù)

劉露

前段時間。一只以類似3D全息投影形式呈現(xiàn)的小熊，火遍了全網(wǎng)。在這只萌熊背后，酷炫的增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)也引起人們熱議。

AR是增強現(xiàn)實（Augmented Reality）的簡稱。是在虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，也被稱為混合現(xiàn)實。這是一項通過計算機系統(tǒng)提供的信息。增加用戶對現(xiàn)實世界感知的技術(shù)。這一技術(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。

它是一種全新的人機交互技術(shù)。利用攝像頭、傳感器、實時計算和匹配技術(shù)，將真實的環(huán)境和虛擬的物體，實時地疊加到同一個畫面或空間。使其同時存在。用戶可以通過增強現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，還能突破空間、時間和其他客觀限制，感受到在真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。

虛擬現(xiàn)實是營造一個和用戶周圍環(huán)境完全不同、由計算機生成的虛擬場景。而增強現(xiàn)實，則是把計算機生成的虛擬物體或文字信息疊加到真實的環(huán)境中。增強現(xiàn)實在虛擬環(huán)境和真實環(huán)境之間搭起了一個橋梁。用戶借助手機、平板電腦等智能終端顯示設(shè)備自帶的攝像頭，觀察周圍的真實環(huán)境。在智能終端顯示屏上，除了可以看到周圍的真實環(huán)境。還可以看到由計算機生成的虛擬輔助信息。

近年來，增強現(xiàn)實技術(shù)得到了很大的發(fā)展。在轉(zhuǎn)播體育比賽時，借助增強現(xiàn)實技術(shù)，可以把運動員的名字或者所在國家的國旗疊加在跑道上。由于事先已經(jīng)獲取了攝像機及賽場環(huán)境的準確參數(shù)，可以保證在實時轉(zhuǎn)播時，由計算機所添加的虛擬物體或者文字信息，天衣無縫地融合到當前環(huán)境中。

增強現(xiàn)實系統(tǒng)，由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件部分，主要包括可以把用戶當前所處的真實環(huán)境和計算機所生成的虛擬物體及文字同時進行顯示的顯示載體。這既可以是頭盔式顯示器，也可以是用戶手持的智能手機，或者是平板電腦。除了融合顯示裝置，增強現(xiàn)實系統(tǒng)還需要了解用戶意圖的人機交互設(shè)備，因為系統(tǒng)需要知道用戶現(xiàn)在的需求是什么。采用傳統(tǒng)的鍵盤、鼠標無法實現(xiàn)這樣的人機交互，需要采用語音識別、眼動跟蹤、身體動作跟蹤等一系列的自然交互手段。此外，還需要硬件計算平臺，來完成融合顯示、虛擬物體的繪制，以及人機交互等一系列的復(fù)雜運算。

除了上述硬件平臺，增強現(xiàn)實系統(tǒng)還需要一系列軟件的支撐。包括識別當前用戶所看到的場景中的物體種類和物體具體位置的識別和跟蹤軟件，把虛擬的三維物體進行實時繪制和融合顯示的三維圖形渲染繪制軟件。

增強現(xiàn)實實景至少應(yīng)該滿足三個要素。首先，它所呈現(xiàn)的內(nèi)容，必須包含虛擬和現(xiàn)實兩個部分，這也是增強現(xiàn)實實景最基本的條件；其次，虛擬和現(xiàn)實的融合，必須是實時進行的；最后，增強現(xiàn)實實景，應(yīng)該創(chuàng)造出三維環(huán)境，這種三維環(huán)境不是指視覺上的3D立體畫面，而是指屏幕中創(chuàng)造出空間范圍。屏幕會隨著用戶的移動而呈現(xiàn)不同內(nèi)容。

增強現(xiàn)實技術(shù)不僅與虛擬現(xiàn)實技術(shù)有相似的應(yīng)用領(lǐng)域，在尖端武器和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，都具有廣泛的應(yīng)用。由于具有能夠?qū)φ鎸嵀h(huán)境進行增強顯示輸出的特性，增強現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)療研究與解剖訓(xùn)練、精密儀器制造和維修、軍用飛機導(dǎo)航、工程設(shè)計和遠程機器人控制等領(lǐng)域，具有比虛擬現(xiàn)實技術(shù)更加明顯的優(yōu)勢。

此外，增強現(xiàn)實技術(shù)還被應(yīng)用于教育領(lǐng)域，跟傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書不同的是，用戶通過手機或者平板電腦下載軟件。就可以體驗更具真實感的三維動畫和互動科學(xué)游戲。這樣不僅增強使用的趣味性和交互性，還能給兒童帶來全新閱讀體驗。

在未來，我們佩戴的眼鏡或隱形眼鏡，會再一次變革我們的通信設(shè)備、辦公設(shè)備、娛樂設(shè)備等；在未來，我們不再需要電腦、手機等實體，只需在雙眼中投射屏幕的影像，即可創(chuàng)造出懸空的屏幕，以及三維立體的操作界面；在未來，人眼的邊界將被再一次打開。雙手的界限將被再一次突破，幾千千米外的朋友可以立即出現(xiàn)在面前與你面對面對話，你也將會“觸摸”到虛幻世界的任何物件；在未來，一揮手你就可以完全沉浸在另一個虛擬世界。甚至是現(xiàn)實世界無法實現(xiàn)的千千萬萬種可能的人生。

（選自《百科知識》2016年第9期，有刪改）