AR增强现实简介30

——研究与应用增强现实（AugmentedReality，简称AR），是在虚拟现实的基础上发展起来的新技术，也被称之为混合现实。是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，将虚拟的信息应用到真实世界，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的增强。AR通常首先借助于某种设备（最典型的是摄像头）获取“现实”的影像，然而在这种影像却不是如传统视频应用那样的原封不动展示到屏幕上，而是经过了一道信息技术的处理，将在原生的影像上叠加上文字、声音、虚拟图像形象等信息之后再展示给用户。什么是增强现实？我们利用一款苹果系统的游戏来解释就是真实场景，模拟对战。游戏的背景直接是游戏玩家周围所见的景色。虽然周围人来人往一派繁荣，游戏玩家却像鬼故事中的巫师或者茅山道士，通过手中的iPad看到熟悉的大街上一个一个青面獠牙的僵尸迎面扑来。有趣的是还可以结合了GPS和陀螺仪，确定了游戏玩家所在的地点，游戏玩家可以去到游戏预制的现实医院/药店恢复体力，可以去到指定的现实商店购置设备。动漫里很多用高科技眼镜分析现场也是利用了AR技术虚实结合三维注册实时交互特点01工作原理1.1基本流程1.2相关支撑技术02实际应用03国内现状3.1研究现状3.2存在的问题04未来前景4.1페이지제목4.2페이지제목索引01工作原理AR系统中，成像设备、跟踪与定位技术和交互技术是实现一个基本系统的支撑系统。01组成形式简单AR系统的基本流程01组成形式一个完善的AR系统包括多个学科研究的技术，其中系统显示定位技术，虚实融合技术和用户交互技术是实现一个AR系统的基本支撑技术。头盔显示器投影式(显示技术手持式显示器普通液晶显示器一、AR系统的显示技术01组成形式二、跟踪定位技术由于要实现虚拟和现实物体的完美结合，必须将虚拟物体合并到现实世界中的准确位置，这个过程称为注册(registration)。因此AR跟踪定位系统必须能够实时地检测观察者在场景中的位置、视域的方向，甚至是运动的情况，以便用来帮助系统决定显示何种虚拟物体，并按照观察者的视场重建坐标系。01组成形式三、虚实融合技术虚实配准技术是任何实用的增强现实系统所首先需要解决的重要问题，这也是国内外众多研究人员对此问题展开详细研究的原因所在。介绍一种基于自定标技术的虚实配准策略。该方法采用小孔成像模型，在欧氏坐标系下表达虚拟场景，能够克服仿射变换方法的一系列缺陷，同时由于在运行过程中能够自动计算摄像机内部参数，使得系统的运行不在依赖于对摄像机内部参数的事先确定，有效提高了系统的可用性和精确性。01组成形式四、用户交互技术下一代AR技术的主要特征是实现用户与真实场景中的虚拟物体之间更自然的交互，AR系统需要通过跟踪定位设备获取交互控制数据执行用户对虚拟物体实施的行为指令。AR应用系统常使用以下3种方式实现用户与系统之间的交互:标识特征点姿态命令特制工具02实际应用一旦研究人员克服了所面临的各种挑战，增强现实将很可能遍及我们生活的各个角落。它可能应用到几乎所有行业中。1-1페이지제목•工业维修领域.•旅游、展览领域•军事领域•医疗领域•网络视频通讯领域•娱乐游戏领域•古迹复原和文化遗产保护13/1202实际应用工业维修领域02实际应用这很可能是应用增强现实的第一个行业。可以将标记器连接到人们正在施工的特定物体上，实际应用然后增强现实系统可以在它上面描绘出图像。这是一个比较简单的增强现实形式，因为系统只需要知道用户相对于他看到的物体所在的位置，而不必跟踪那个人的确切物理位置。旅游、展览领域02实际应用人们在浏览、参观的同时，通过增强现实技术将接收到途经建筑的相关资料，观看展品的相关数据资料。军事领域02实际应用增强现实系统可以为军队提供关于周边环境的重要信息，例如显示建筑物另一侧的入口，这有点像X射线视觉。增强现实显示器还能突出显示军队的移动，让士兵可以转移到敌人看不到的地方。医疗领域02实际应用增强现实运用到医疗中，可以使外科医生在给病人动手术的过程中，看到注册到病人身体上的CT或者MRI图像。不仅如此，增强现实系统还可以用于医疗教育培训中。另外，增强现实还可用于虚拟人体解剖图、虚拟人体功能、虚拟手术模拟、远程手术等并且可以用于康复医疗。网络视频通讯领域02实际应用该系统使用增强现实和人脸跟踪技术，在通话的同时在通话者的面部实时叠加一些如帽子、眼镜等虚拟物体，在很大程度上提高了视频对话的趣味性。娱乐、游戏领域02实际应用增强现实游戏可以让位于全球不同地点的玩家，共同进入一个真实的自然场景，以虚拟替身的形式，进行网络对战。古迹复原和文化遗产保护02实际应用文化古迹的信息以增强现实的方式提供给参观者，用户不仅可以通过HMD看到古迹的文字解说，还能看到遗址上残缺部分的虚拟重构。03国内现状增强现实技术作为一个新兴的研究领域,虽然在国内的于升究起步较晚，但因为增强现实技术具有很大的应用和发展潜力，因此正越来越引起国内学者的关注。03国内现状22/12目前国内AR的研究成果主要有：北京理工大学自主研制了视频、光学穿透式两类头盔显示器北京理工大学利用AR技术重建圆明园的实验也取得了重要进展上海大学快速制造工程中心与浙江大学合作开发了AR场景光源的实时检测和真实感绘制框架此外，在城市规划、地下管网、地理信息系统等领域也有相关的研究视频透视式头盔显示器光学透视式头盔显示器真实场景增强现实场景03国内现状•我国在AR领域的研究起步较晚，研究机构主要集中在高校的科研单位•从国内发表的论文来看，主要集中在系统应用和配准技术上，研究的问题比较单一、涉及面比较窄北京理工大学北京航空航天大学国防大学浙江大学上海大学03国内现状虽然增强现实技术在近20年来取得了很大的发展，但是还是存在很多技术方面的难题。例如透视式系统没有足够的亮度、分辨率和对比度。目前的大多数系统都是运用于预知的环境中，而在非预知的环境中的增强现实系统比较少。国内相关的研究还多停留在实验室阶段，能够商业化的增强现实产品更是凤毛麟角。存在的问题04未来前景值得期待的4个增强实现应用方向：•空间计算•互动游戏•感知人脑•交互提升一些高科技公司正在通过构增强现实平台，来实现更为广泛的应用形态，比如Wikitude和Layar，它们拥有一个开放式的SDK，让iOS、Android、黑莓10以及Web开发者（支持HTML5、JavaScript和CSS）可以创建基于地理位置、图像识别、三维动画的跨平台增强现实模块。听上去有些复杂，其实非常简单。不管是iPhone、Android或是其他平台的手机，都能够通过应用和摄像头扫描出拥有丰富信息的现实场景，你能够了解到这家酒店、餐馆的评分，可以看到这个商品的官方信息等等。当然，创建庞大的数据库是一个费时费力的事情，但我们相信，这种应用形势最终会成为现实。同时，类似谷歌图形搜索这样的应用则用另一种方式来解释增强现实技术。它能够实现一站式扫描、识别物体的效果，比如一幅名画的作者、一段文字的语言类型并翻译成用户母语，而不是单纯识别某种条码。扫描物体的数量也在不断增加，实现更一种增强现实化的搜索体验。我们最近已经看到一种新的应用概念。三星最近申请了一项基于增强现实的游戏键盘技术，从侧面也印证了三星智能眼镜的存在。这种技术可以让佩戴眼镜的用户看到自己手上的虚拟键盘，只要用拇指点击其他手指就能完成文字输入。当然，智能眼镜上的虚拟现实应用也会有一些令人担心的地方，比如分散我们的注意力或是网络安全隐患，让黑客通过这种技术攻击用户。不过我们暂时也不用过于担心，因为人们只会使用增强现实应用来看自己感兴趣的事物。AR系统的研究目前已取得了一定的成果，但是大部分仍处于实验室研究阶段。作为一个涉及到多种学科交叉的研究领域，各个应用领域都需要应用到AR的相关技术。所以AR系统的研究发展领域依然很有前景，可探索领域也很广泛。鉴于目前仍处在实验室研究阶段，希望能够尽快应用到国防建设以及经济发展当中，在实际中发挥它的价值，造福人类，这才是科研的真正目的。