亦真亦幻——淺談日漸興起的現(xiàn)實增強技術(shù)

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)實增強技術(shù)有著巨大的潛力和無可比擬的良好體驗。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。本文簡單簡述了AR技術(shù)的概念和應(yīng)用領(lǐng)域，使讀者對現(xiàn)實增強技術(shù)有一個初步的認識和了解。

【關(guān)鍵詞】AR；現(xiàn)實增強系統(tǒng)

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

在視覺化的增強現(xiàn)實中，用戶可以通過手機，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，便能體驗到AR技術(shù)的魅力所在。AR主要包括多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器融合、實時跟蹤及注冊、場景融合等新技術(shù)與新手段。

一個完整的AR系統(tǒng)，需要一組實時工作，緊密相連的硬件與相關(guān)軟件協(xié)同完成實現(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增強現(xiàn)實系統(tǒng)

在基于計算機顯示器的增強現(xiàn)實實現(xiàn)方案中，Monitor-Based增強現(xiàn)實系統(tǒng)通過攝像機抓取真是世界的圖像輸入到計算機中，并將其與計算機圖形系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬景象進行合成，最終輸出到屏幕顯示器上。用戶從屏幕上看到最終的增強場景圖像。Monitor-Based增強現(xiàn)實系統(tǒng)。Monitor-Based增強現(xiàn)實系統(tǒng)的實現(xiàn)雖然簡單，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增強現(xiàn)實系統(tǒng)并不會給用戶帶來沉浸感。

2.透視式增強現(xiàn)實系統(tǒng)

在VR領(lǐng)域中頭盔式現(xiàn)實器HMD被廣泛應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實的開發(fā)者們用HMD來增強用戶體驗時的沉浸感。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），兩種穿透式增強系統(tǒng)又有各自的特點。

光學(xué)透視式增強現(xiàn)實系統(tǒng)具有簡單、分辨率高、視覺偏差小等優(yōu)點，但相對的，光學(xué)透視式增強現(xiàn)實系統(tǒng)對定位的精度要求高、對延遲匹配較難，視野也與傳統(tǒng)的HMD相比較窄，價格也是十分的昂貴。

與把用戶的意識帶到虛擬世界的VR不同，AR帶給用戶的視覺體驗不一定都是虛幻的，用戶看到的場景會有真實的部分和虛擬的部分。AR技術(shù)將虛擬的信息整合到現(xiàn)實的空間中，在將其輸出，最終用戶看到的就是現(xiàn)實與虛擬的完美結(jié)合。AR技術(shù)不會導(dǎo)致用戶現(xiàn)實感的喪失，同時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)實場景和虛擬場景的結(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的畫面基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬的信息以展示和互動。

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)重點強調(diào)復(fù)原用戶的視覺功能，在用戶體驗的過程中，AR設(shè)備會自動跟蹤識別物體，而不是讓用戶自己手動去框選；同時AR技術(shù)會自主跟蹤并且對周圍的場景進行實時的3d建模，而不是開發(fā)者打開開發(fā)軟件，照著構(gòu)思好的或者真實場景制作一個極為相似的。

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鎸嵀h(huán)境進行增強顯示輸出的特性，在醫(yī)療研究與解剖訓(xùn)練、精密儀器制造和維修、軍用飛機導(dǎo)航、工程設(shè)計和遠程機器人控制等領(lǐng)域，具有比VR技術(shù)更加明顯的優(yōu)勢。

在不遠的將來，現(xiàn)實增強技術(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)生的變革不會一蹴而就，但其潛移默化的影響將會是無比深刻的。在當代，已經(jīng)有一些前衛(wèi)的生活領(lǐng)域出現(xiàn)了增強現(xiàn)實技術(shù)。

2013年，AR技術(shù)頂上了春晚的舞臺，并被廣泛使用，從那時起，AR走進了大眾的視野，越來越多的人開始了解AR，開始體驗AR。其實早在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的識別圖案，將場館和球員以AR技術(shù)展現(xiàn)，讓電視機前的觀眾感受到了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，讓玩家體驗到游戲中“訓(xùn)練師”的真實體驗。AR技術(shù)將玩家所拍攝的真實場景與虛擬的“怪獸”完美結(jié)合在一起，并通過手機屏幕輸出，玩家通過屏幕的觸控，與“怪獸”和場景進行實時互動。

同時，在網(wǎng)絡(luò)高度發(fā)展的當代，增強現(xiàn)實系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合也成為一個必然的發(fā)展趨勢。通過云數(shù)據(jù)的存儲和足夠快的數(shù)據(jù)傳輸速度，開發(fā)者完全可以減少增強現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)備，同時在系統(tǒng)的效能也有了大大的提高。除了現(xiàn)在AR的使用平臺作為研究的熱點外，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研究方向。在未來，當AR技術(shù)成熟時，將會有更多的人能夠體會到AR技術(shù)的魅力，具有完善人機交互系統(tǒng)的AR也將成為新時代媒體的主流技術(shù)。