增強現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展分析及預測

慕競瑋

摘要：

虛擬現(xiàn)實是指通過一系列技術(shù)手段使人們置身于虛擬世界中，而增強現(xiàn)實是指將虛擬的物體在真實世界中展現(xiàn)出來，所以增強現(xiàn)實更加真實也更加貼近生活，在現(xiàn)實生活中應用廣泛。增強現(xiàn)實在工業(yè)領(lǐng)域最先提出，后來相繼在醫(yī)療、軍事、娛樂游戲、教育領(lǐng)域出現(xiàn)，可用于化學實驗、建筑模擬、教學指導等。闡述了國內(nèi)外增強現(xiàn)實的發(fā)展歷程，對增強現(xiàn)實未來領(lǐng)域進行了展望。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：

增強現(xiàn)實；虛擬現(xiàn)實；發(fā)展領(lǐng)域

DOIDOI：10.11907/rjdk.172722

中圖分類號：TP-0

文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2018）003000403

英文摘要Abstract：Virtual reality use a series of technological means that put themselves in the midst of virtual world.Augmented reality is that put virtual things in the reality world，so AR is more true and close to life up to apply to further field.First propose AR field is industry，then，appear at medical，military，show business，tourism and education.Be the same with chemical experiment，building templates，teaching guide and soon.In this paper，we discuss that AR first epoch，occurrence field，and review of the past development history both at home and abroad，also look forward to the future AR field.

英文關(guān)鍵詞Key Words：augmented reality； virtual reality；in the area of development

0引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，增強現(xiàn)實在越來越多的領(lǐng)域嶄露頭角。增強現(xiàn)實一詞自1990年提出到現(xiàn)在歷經(jīng)27年，定義相對明了。Milgram P和Takemura H[1]在1994年通過廣義和狹義兩個維度定義了“增強現(xiàn)實”：廣義上是指“增強自然反饋的操作與仿真的線索”；狹義上注重技術(shù)方面，認為增強現(xiàn)實是“虛擬現(xiàn)實的一種形式，其中參與者的頭盔式顯示器是透明的，能清楚地看到現(xiàn)實世界”。

增強現(xiàn)實來源于虛擬現(xiàn)實，其通過一些技術(shù)手段讓現(xiàn)實中的場景和真實世界相結(jié)合，從而增強用戶體驗。增強現(xiàn)實相對于虛擬現(xiàn)實來說，是對真實世界的延伸，是在真實事物上對虛擬事物的疊加，更加真實也更加貼近生活；從技術(shù)手段來說，增強現(xiàn)實技術(shù)比虛擬現(xiàn)實技術(shù)要困難一些，需要對現(xiàn)實事物進行識別并在真實背景上導入虛擬事物，識別的準確性及背景事物的復雜性對技術(shù)要求相對高一些；從應用領(lǐng)域來說，增強現(xiàn)實應用的領(lǐng)域比虛擬現(xiàn)實更廣，因為虛擬現(xiàn)實創(chuàng)建場景工作量巨大，而增強現(xiàn)實不存在這種問題，只需要將虛擬事物制作出來，相對簡單且成本低，受設(shè)備限制少，因此可以應用在更多領(lǐng)域。

1增強現(xiàn)實發(fā)展分析

1.1增強現(xiàn)實國內(nèi)發(fā)展分析

國內(nèi)最早提及增強現(xiàn)實一詞是在1998年中國智能自動化學術(shù)會議上，由楊斌等[2]提出“虛擬環(huán)境中有3種技術(shù)：虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和臨場感”，并給出了立體視覺技術(shù)相應的計算公式。2000年劉渭濱等[3]提出了“AVR（From actua reality to virtua reality，即由真實現(xiàn)實到虛擬現(xiàn)實的轉(zhuǎn)換）理論”，這個理論的提出，使真實事物在虛擬建模時更加精確，并且減少了建模工作量，對增強現(xiàn)實技術(shù)有著重要意義。

2004年，計算機在國內(nèi)大面積普及，有關(guān)計算機的各項學術(shù)活動創(chuàng)出新高，增強現(xiàn)實也得到了大力發(fā)展。在第三屆全國數(shù)字成像技術(shù)及相關(guān)材料發(fā)展與應用學術(shù)研討會中，劉越等[4]首次提出了一個相對比較完整的理論體系。同時，也首次提出將增強現(xiàn)實技術(shù)應用在教育及工業(yè)儀器設(shè)備制造中，擴展了增強現(xiàn)實的應用領(lǐng)域。

2008年，陳靖等[5]首次提出將增強現(xiàn)實技術(shù)應用到旅游產(chǎn)業(yè)中，“基于關(guān)鍵幀匹配的增強現(xiàn)實跟蹤注冊算法，實現(xiàn)圓明園大水法遺址的數(shù)字重現(xiàn)”，讓人們可以看到全盛時期圓明園的宏偉景觀。在隨后的幾年中，增強現(xiàn)實主要應用在地理地圖或三維實時導航上，一般在校園或博物館3D漫游中的應用比較多。

直到2010年，增強現(xiàn)實首次明確出現(xiàn)在教學中。余明媚等 [6]從中小學教育、特殊教育、職業(yè)教育等方面，對增強現(xiàn)實在教育中的應用作了一個完整的綜述，為增強現(xiàn)實未來幾年在教育方面的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，同時也為研究指明了方向。

隨著2016年虛擬現(xiàn)實元年的到來，虛擬現(xiàn)實的發(fā)展帶動了增強現(xiàn)實技術(shù)的提高，應用領(lǐng)域也擴展到了軍事模擬、網(wǎng)絡購物、教育游戲等領(lǐng)域。娛樂領(lǐng)域是增強現(xiàn)實一個很重要的應用領(lǐng)域。2016年騰訊QQ推出的AR火炬?zhèn)鬟f，引起了增強現(xiàn)實應用的火熱浪潮。騰訊QQ跟隨《神偷奶爸3》上映的腳步，推出營救小黃人“掃香蕉”的活動中，用戶使用手機攝像頭掃描一根香蕉，手機屏幕上就會出現(xiàn)不同的小黃人造型，引起廣泛關(guān)注。增強現(xiàn)實的應用除了創(chuàng)意與藝術(shù)表現(xiàn)外，技術(shù)上的不斷鉆研進步更令人驚喜。

1.2增強現(xiàn)實國外發(fā)展分析

國外增強現(xiàn)實的字眼在1993年的ACM（國際計算機組織）中就出現(xiàn)了，比國內(nèi)早了整整6年，Steven Feine[7]寫到，增強現(xiàn)實 “發(fā)展了計算機視野，使用目標識別技術(shù)，利用技術(shù)創(chuàng)造一個新的復雜的增強現(xiàn)實應用，呈現(xiàn)一種人類接觸自然的新方式”，而Wendy Mackay[8]則認為增強現(xiàn)實“能夠在紙上擴展計算的規(guī)模”。

1994年Greenleaf W J[9]更加詳細說明了增強現(xiàn)實的功能，“可將真實世界分為3種空間：視覺、聽覺和觸覺”，首次提出“將一些增強現(xiàn)實的技術(shù)應用到殘疾人的日常生活中”，從而開發(fā)了增強現(xiàn)實的第一個應用領(lǐng)域。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，增強現(xiàn)實逐漸出現(xiàn)在大眾視野內(nèi)，應用領(lǐng)域也從醫(yī)學領(lǐng)域的外科轉(zhuǎn)向了內(nèi)科，并且提出了用增強現(xiàn)實技術(shù)注解現(xiàn)實世界的事物，這才是增強現(xiàn)實最基本的功能。某些醫(yī)院推出了游戲打針，通過增強現(xiàn)實技術(shù)，使用增強現(xiàn)實設(shè)備，小孩便可同虛擬視野里面的小人進行交流，獲得小孩的信任之后，虛擬的小人指導小孩通過完成游戲中任務的形式來完成打針，從而減輕小孩打針時的恐懼感和疼痛感，打針成功的小孩還會獲得一枚勛章。從此，小孩打針不再是家長頭疼的一件事情，相反還變成了小孩引以為傲的事情。

1996年，首次提出了利用增強現(xiàn)實工具進行3D解剖，同時又提出另外一個領(lǐng)域的應用，就是運動分析。現(xiàn)今運動分析非常流行，很好地迎合了熱愛健康熱愛運動這一類人群的需求。比如騎自行車減肥，減肥本是一件痛苦的事情，還要通過單調(diào)的騎自行車來完成，豈不是更無聊？如果用戶可以在完全沉浸式的環(huán)境中，比如在一個鳥語花香的大自然中，或者更刺激更有挑戰(zhàn)的大峽谷中完成自行車的騎行里程，這樣的減肥方式有誰不愿意嘗試呢？

1999年，首次提出將增強現(xiàn)實應用于工業(yè)、標簽追蹤等領(lǐng)域。在此后的幾年中，增強現(xiàn)實依然主要應用于醫(yī)學領(lǐng)域。2001年增強現(xiàn)實則首次應用于城市規(guī)劃中，Jie Shen等[10]提出增強現(xiàn)實“利用這種基于影像的思想，不僅節(jié)省了更多時間，而且比傳統(tǒng)的基于制圖法的虛擬現(xiàn)實更加真實和客觀”。Sygic最近推出針對Android手機和平板電腦的GPS導航應用程序的AR功能——Real View Navigation，該新功能可以讓手機攝像頭掃描行駛路線和周邊情況，將模擬的路況附加在真實路面上，用戶在汽車行駛過程中只需要觀察路面就可以了解導航情況，不需要看導航，同時該軟件還可提供路邊的信息，比如加油站、周邊景點、酒店旅館等信息，這些信息不會影響到駕駛員的視線。

2010年迎來了增強現(xiàn)實的春天。這年，增強現(xiàn)實的應用擴展到了很多領(lǐng)域，尤其是教育領(lǐng)域。在教學環(huán)境中采用一種新的教學方式，用現(xiàn)有的課程加上一些符合教學規(guī)律的活動，組成一個化學虛擬現(xiàn)實學習系統(tǒng)（CARLS）[11]。歷經(jīng)幾年的探索，從剛開始建立一個全新的學習系統(tǒng)，到現(xiàn)在借助之前存在的系統(tǒng)加以修改補充，變成即便沒有受過專業(yè)訓練的教師也可以簡單完成的系統(tǒng)，節(jié)省了教師學習、熟悉、制作新系統(tǒng)的時間及成本。

隨著移動學習和深度學習的成熟，增強現(xiàn)實也加入到移動學習的大家族中，隨時隨地使用增強現(xiàn)實已經(jīng)實現(xiàn)，各種各樣的增強現(xiàn)實型游戲、甚至是電子書，還有越來越多的應用程序軟件都攜帶增強現(xiàn)實功能，增強現(xiàn)實技術(shù)得到了空前的發(fā)展。

增強現(xiàn)實從剛開始的一個設(shè)想，到有了簡單的理論支撐，理論指導實踐，又有了增強現(xiàn)實的實現(xiàn)技術(shù)，實踐充實理論，有了完整的理論支撐，從而發(fā)展成一個研究領(lǐng)域。這中間經(jīng)歷了無數(shù)次的嘗試，無數(shù)前輩為之奉獻，才有了今天所看到的增強現(xiàn)實這么多的應用領(lǐng)域。

2增強現(xiàn)實技術(shù)未來展望

在未來，增強現(xiàn)實的應用如同WiFi一樣實現(xiàn)全面覆蓋。在一堂課上，教師應用增強現(xiàn)實技術(shù)給學生展示一些晦澀難懂的知識，比如天體的運轉(zhuǎn)、生物分子結(jié)構(gòu)等，學生可佩戴相關(guān)設(shè)備（簡單輕便，可隨身攜帶）觀看教師的展示。如果有學生生病或其它原因缺席，這位學生可在家或病房觀看教師的演示，整個過程這位學生一樣可全程參與，如同現(xiàn)在的遠程教育。

增強現(xiàn)實在醫(yī)療方面尤其在手術(shù)中的應用變得越來越重要?？梢酝ㄟ^拍攝CT或者掃描得到的人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，構(gòu)建出增強現(xiàn)實的立體畫面，不論主治醫(yī)生還是實習醫(yī)生都能看清病人的具體情況，從而給出最完美的解決方案，同時也可通過增強現(xiàn)實手段實施院外甚至是省外專家的實時會診。這些珍貴的資料都可保存下來，為醫(yī)學院學生提供更好的學習機會。

增強現(xiàn)實在職業(yè)教育方面的應用也有很大的提升空間。在未來的職業(yè)教育中，學生可通過增強現(xiàn)實技術(shù)安裝虛擬電機，如果中途或最后的測試階段出現(xiàn)錯誤導致虛擬電機無法正常運轉(zhuǎn)，學生可遠程連線校外有經(jīng)驗的工程師。工程師可看到學生安裝虛擬設(shè)備的情況，不僅可通過語言指導，還能在虛擬環(huán)境中通過增強現(xiàn)實設(shè)備動手演示，解決學生的問題，這是另外一種形式的工學結(jié)合。

現(xiàn)今只要是稍具規(guī)模的購物商場，都會出現(xiàn)一個VR體驗店，很受年輕人歡迎，相信在不久的將來，增強現(xiàn)實會很快研發(fā)出各種觸手可得的娛樂項目，推出AR體驗店。

參考文獻參考文獻：

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責任編輯（責任編輯：杜能鋼）