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    AR

    增強現實

    增強現實(Augmented Reality,簡稱AR)是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像的技術,最早于1990年提出。

    其運用多種技術手段,將計算機生成的虛擬物體或關于真實物體的非幾何信息疊加到真實世界的場景之上,從而實現對真實世界的增強。

    ar技術簡介
    ar簡介

    增強現實(Augmented Reality,簡稱AR),也被稱為擴增現實(臺灣)。 AR汽車展

    增強現實技術,它是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術,是把原本在現實世界的一定時間空間范圍內很難體驗到的實體信息(視覺信息,聲音,味道,觸覺等),通過電腦等科學技術,模擬仿真后再疊加,將虛擬的信息應用到真實世界,被人類感官所感知,從而達到超越現實的感官體驗。真實的環境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。

    增強現實技術,不僅展現了真實世界的信息,而且將虛擬的信息同時顯示出來,兩種信息相互補充、疊加。在視覺化的增強現實中,用戶利用頭盔顯示器,把真實世界與電腦圖形多重合成在一起,便可以看到真實的世界圍繞著它。

    增強現實技術包含了多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器溶合、實時跟蹤及注冊、場景融合等新技術與新手段。增強現實提供了在一般情況下,不同于人類可以感知的信息。

    ar技術原理介紹

    增強現實技術

    ar技術原理
    ar技術原理2

    真實的環境和虛擬的物體實時地疊加

    ar主要特點

    AR系統具有三個突出的特點:

    ①真實世界和虛擬世界的信息集成;

    ②具有實時交互性;

    ③是在三維尺度空間中增添定位虛擬物體。AR技術可廣泛應用到軍事、醫療、建筑、教育、工程、影視、娛樂等領域。

    一個完整的增強現實系統是由一組緊密聯結、實時工作的硬件部件與相關的軟件系統協同實現的,常用的有如下三種組成形式。

    Monitor-Based 增強現實

    在基于計算機顯示器的AR實現方案中,攝像機攝取的真實世界圖像輸入到計算機中,與計算機圖形系統產生的虛擬景象合成,并輸出到屏幕顯示器。用戶從屏幕上看到最終的增強場景圖片。它雖然簡單,但不能帶給用戶多少沉浸感。Monitor-Based增強現實系統實現方案如下圖所示。

    Monitor-based增強現實系統

    光學透視式

    頭盔式顯示器(Head-mounted displays,簡稱HMD)被廣泛應用于虛擬現實系統中,用以增強用戶的視覺沉浸感。增強現實技術的研究者們也采用了類似的顯示技術,這就是在AR中廣泛應用的穿透式HMD。根據具體實現原理又劃分為兩大類,分別是基于光學原理的穿透式HMD(Optical See-through HMD)和基于視頻合成技術的穿透式HMD(Video See-through HMD)。光學透視式增強現實系統實現方案如下圖所示。

    光學透視式增強現實系統具有簡單、分辨率高、沒有視覺偏差等優點,但它同時也存在著定位精度要求高、延遲匹配難、視野相對較窄和價格高等不足。

    視頻透視式

    視頻透視式增強現實系統采用的基于視頻合成技術的穿透式HMD(Video See-through HMD),實現方案如圖5所示。

    視頻透視式增強現實系統

    Monitor-Based增強現實系統實現方案光學透視式,視頻透視式

    ar組成形式

    了解更多的VR知識

    增強現實來自Digi-Capital的報告顯示,2015年,投資者對虛擬現實和現實增強領域的投資總額接近7億美元。

    報告同時顯示,2015年,虛擬現實/現實增強市場通過并購完成的投資退出達到3.11億美元??紤]到這一行業還處于起步階段,因此這一數據很正常。報告強調,隨著領先者在競爭中脫穎而出,行業很可能會出現大規模改變。

    報告中還表示,神秘創業公司Magic Leap將會是市場的一股重要力量。2014年,谷歌領投了該公司5.42億美元的B輪融資。不過,報告并未給出Magic Leap去年融資的情況。此前《福布斯》報道稱,該公司2015年的融資額達到8.27億美元。

    AR技術不僅在與VR技術相類似的應用領域,諸如尖端武器、飛行器的研制與開發、數據模型的可視化、虛擬訓練、娛樂與藝術等領域具有廣泛的應用,而且由于其具有能夠對真實環境進行增強顯示輸出的特性,在醫療研究與解剖訓練、精密儀器制造和維修、軍用飛機導航、工程設計和遠程機器人控制等領域,具有比VR技術更加明顯的優勢。

    * 醫療領域:醫生可以利用增強現實技術,輕易地進行手術部位的精確定位。

    * 軍事領域:部隊可以利用增強現實技術,進行方位的識別,獲得實時所在地點的地理數據等重要軍事數據。

    * 古跡復原和數字化文化遺產保護:文化古跡的信息以增強現實的方式提供給參觀者,用戶不僅可以通過HMD看到古跡的文字解說,還能看到遺址上殘缺部分的虛擬重構。 增強現實

    * 工業維修領域:通過頭盔式顯示器將多種輔助信息顯示給用戶,包括虛擬儀表的面板、被維修設備的內部結構、被維修設備零件圖等。

    *網絡視頻通訊領域:該系統使用增強現實和人臉跟蹤技術,在通話的同時在通話者的面部實時疊加一些如帽子、眼鏡等虛擬物體,在很大程度上提高了視頻對話的趣味性。

    * 電視轉播領域:通過增強現實技術可以在轉播體育比賽的時候實時的將輔助信息疊加到畫面中,使得觀眾可以得到更多的信息。

    * 娛樂、游戲領域:增強現實游戲可以讓位于全球不同地點的玩家,共同進入一個真實的自然場景,以虛擬替身的形式,進行網絡對戰。

    * 旅游、展覽領域:人們在瀏覽、參觀的同時,通過增強現實技術將接收到途經建筑的相關資料,觀看展品的相關數據資料。

    * 市政建設規劃:采用增強現實技術將規劃效果疊加真實場景中以直接獲得規劃的效果。

    國內比較權威的增強現實學者是北京理工大學光電工程系的王涌天教授

    國內首次將這項技術應用到普通生活中,是在蘋果的AppStore上發布的一款免費的叫作出行百科(增強現實版)XINGWIKI的軟件。

    記事帖,人們希望將來可以很方便的在不同地點獲得同樣的媒體和信息,并且是跨越不同的設備上獲得-從PC到手機,從投影儀到頭戴式顯示器。怎樣能為用戶提供一致的和方便易行的方式來讓他們和對他們而言很重要的信息和媒體進行交互,看以下的圖你就明白了,你所能操作的界面已經不再是那一塊小小的電腦屏幕了,而是延伸到了更大的空間里,并且可以依據人們最為簡便的方式隨意的記錄下你某一時刻突然迸發出的靈感。

    增強現實增強現實顯示器,將計算機生成的圖形疊加到真實世界中。自從二十世紀七十年代早期,Pong進入電子游戲廳以

    來,視頻游戲走進我們的生活已經有30多年了,但是一直局限在屏幕中的2D世界中,而增強現實這一新技術的到來,將通過增強我們的見、聲、聞、觸和聽,進一步模糊真實世界與計算機所生成的虛擬世界之間的界線。

    從虛擬現實(創建身臨其境的、計算機生成的環境)和真實世界之間的光譜來看,增強現實更接近真實世界。增強現實將圖像、聲音、觸覺和氣味按其存在形式添加到自然世界中。由此可以預見視頻游戲會推動增強現實的發展,但是這項技術將不僅僅局限于此,而會有無數種應用。從旅行團到軍隊的每個人都可以通過此技術將計算機生成的圖像放在其視野之內,并從中獲益。

    增強現實將真正改變我們觀察世界的方式。想像您自己行走在或者驅車行駛在路上。通過增強現實顯示器(最終看起來像一副普通的眼鏡),信息化圖像將出現在您的視野之內,并且所播放的聲音將與您所看到的景象保持同步。這些增強信息將隨時更新,以反映當時大腦的活動。在這篇文章中,我們將了解這項未來技術、其技術構成以及如何使用該技術。

    google 發布的 google glass是全球唯一一款真正意義上實現增強現實技術的硬件設備。

    Ingress 是全球最受歡迎的增強現實APP。

    增強現實移動式增強現實系統的早期原型增強現實的基本理念是將圖像、聲音和其他感官增強功能實時添加到真實世界的環境中。聽起來十分簡單。而且,電視網絡通過使用圖像實現上述目的不是已經有數十年的歷史了嗎?的確是這樣,但是電視網絡所做的只是顯示不能隨著攝像機移動而進行調整的靜態圖像。增強現實遠比您在電視廣播中見到的任何技術都要先進,盡管增強現實的早期版本一開始是出現在通過電視播放的比賽和橄欖球比賽中,例如Racef/x和添加的第一次進攻線,它們都是由SporTVision創造的。這些系統只能顯示從一個視角所能看到的圖像。下一代增強現實系統將顯示能從所有觀看者的視角看到的圖像。

    在各類大學和高新技術企業中,增強現實還處于研發的初級階段。最終,可能到這個十年結束的時候,我們將看到第一批大量投放市場的增強現實系統。一個研究者將其稱為“21世紀的隨身聽”。增強現實要努力實現的不僅是將圖像實時添加到真實的環境中,而且還要更改這些圖像以適應用戶的頭部及眼睛的轉動,以便圖像始終在用戶視角范圍內。下面是使增強現實系統正常工作所需的三個組件:

    1.頭戴式顯示器

    2.跟蹤系統

    3.移動計算能力

    增強現實的開發人員的目標是將這三個組件集成到一個單元中,放置在用帶子綁定的設備中,該設備能以無線方式將信息轉播到類似于普通眼鏡的顯示器上。讓我們分別來了解這個系統中的每個組件。

    谷歌眼鏡

    谷歌眼鏡 (Google Glass),是由谷歌公司于2012年4月發布的一款“拓展現實”眼鏡,它具有和智能手機一樣的功能,可以通過聲音控制拍照,視頻通話和辨明方向以及上網沖浪、處理文字信息和電子郵件等。Google glass是唯一一款真正意義上實現增強現實技術的硬件設備。

    浸世界

    浸世界 (ingress) 是增強現實技術(Augmented Reality)的大型多人在線游戲(MMOG)。只有安卓版。

    2012年11月16日,谷歌方面聲稱該游戲即將推出蘋果IOS版,因此蘋果IOS用戶仍需等待一段時間。

    Ingress是最受歡迎的增強現實移動端應用。

    頭戴式

    增強現實顯示器仍相當笨重,但開發人員相信他們可以開發出類似眼鏡的顯示器就像監視器能讓我們看到計算機生成的文本和圖像一樣,頭戴式顯示器(HMD)可以讓我們看到由增強現實系統生成的圖像和文本。沒有很多專門為理想中的增強現實系統開發的頭戴式顯示器。大多數顯示器最初都是為虛擬現實而設計的,類似于某種類型的滑雪護目鏡。有兩種基本類型的頭戴式顯示器。

    光學透視

    視頻透視式顯示器通過使用連接到護目鏡外側的小型視頻攝像機來捕獲影像,勾畫出佩戴者的周圍環境。在顯示器的內側,實時播放視頻影像,并且將圖像添加到視頻上。使用視頻攝像機的一個問題是在時間上有較長的延遲,即當觀看者轉動他的頭的時候,影像調整會有延遲。

    透視式

    大多數制作光學透視式顯示器的企業已經停業。索尼公司生產過一款供某些研究人員使用的透視式顯示器,名字叫Glasstron。佐治亞理工學院增強環境實驗室主任Blair MacIntyre相信,Microvision的虛擬視網膜顯示器(Virtual Retinal Display)最有希望成為未來的增強現實系統。此設備通過迅速移動的光源在縱橫兩個方向上掃過視網膜,因此實際上是利用光將影像映射到視網膜上。Microvision顯示器的問題是價格大約在10,000美元左右。MacIntyre表示視網膜掃描顯示器之所以有望成為未來的增強現實系統,因為其體積有可能變小。他設想通過在一副外形普通的眼鏡側面安裝光源,來將影像投射到視網膜上。

    跟蹤系統

    Hiball跟蹤系統使用光學感應設備和內嵌LED的天花板跟蹤小范圍內的移動增強現實開發人員面臨的最大挑戰是需要知道用戶相對于其周圍的環境所處的位置。另外還有跟蹤用戶的眼睛和頭部轉動的問題。所以跟蹤系統必須能識別這些運動,并且映射出與用戶在任何特定時刻看到的真實世界相關的圖像。限于當前的跟蹤技術,視頻透視式顯示器和光學透視式顯示器通常在疊加的內容上都會有延遲。 增強現實

    增強現實要發揮其最大潛力,就必須在室外和室內都可以使用??捎糜诖蠓秶_放區域的最佳跟蹤技術是全球定位系統(GPS)。但是GPS接收器的精確度大致為10到30米,一般而言這個精確度還算不錯,但是對于需要以毫米或更小單位來度量精確度的增強現實系統來說卻不夠好。如果映射的圖像與您實際看到的事物距離大約10到30米,則增強現實系統就沒有什么價值了。

    有一些方法可以提高跟蹤精確度。例如,軍隊使用的多重GPS信號。還有差分GPS,這種方法使用在已經過測量的區域。然后,系統會用帶有天線的、能非常精確地知道其位置的GPS接收器,來跟蹤您在該區域內的位置。這使用戶可以確切地知道他們的GPS接收器有多么不準確,從而可以相應地調整增強現實系統。差分GPS可以達到分米級別的精確度。而正在開發中的一種更為精確的實時動態GPS甚至可以達到厘米級別的精確度。

    在小空間內進行跟蹤比在大空間內要容易。北卡羅來納大學教堂山分校的研究人員已經開發出了一種非常精確的系統,它可以在大約46平方米的范圍內工作。HiBall跟蹤系統是由以下兩個部分組成的光電跟蹤系統:

    六個用戶佩戴式光學傳感器

    嵌入在特殊天花板內的紅外線發光二極管(LED)

    該系統利用已知的LED位置、已知的用戶佩戴式光學傳感器的幾何原理,以及特殊的算法來計算和報告用戶的位置和方向。該系統可以解析0.2毫米內的線性移動和0.03度以內的轉動。它的更新速率超過1500Hz,延遲保持在大約一毫秒。

    計算能力

    對于可佩戴增強現實系統,還沒有足夠的計算能力來創建三維立體圖形。因此,研究人員正在使用能夠從筆記本電腦和個人電腦所獲得的各種圖形處理能力。筆記本電腦已經開始配備圖形處理器(GPU)。

    東芝剛剛在其筆記本電腦內添加了英偉達GPU,它每秒鐘能夠處理超過1700萬個三角形和2.86億個像素,從而能夠支持需占用大量CPU的程序,如3D游戲。但是筆記本電腦仍然落后許多——英偉達已經開發了定制的300-MHz 3-D圖形處理器將用于微軟即將推出的Xbox游戲機,它每秒鐘可以生成1.5億個多邊形,而且這些多邊形比三角形復雜得多。由此可以看出移動圖形芯片還有多遠的路要走,才能產生在家庭視頻游戲系統中看到的那么流暢的圖像。

    MacIntyre表示實用便攜式3D系統至少要到2005年才能上市。他的研究實驗室使用ThinkPad來驅動移動式增強現實系統。而頂級的ThinkPads則使用16MB的冶天Mobility 128芯片。

    增強現實這項技術有數百種可能的應用,其中游戲和娛樂是最顯而易見的應用領域??梢越o人們提供即時信息的不需要人們參與任何研究的任何系統,在相當多的領域對所有人都是有價值的。增強現實系統可以立即識別出人們看到的事物,并且檢索和顯示與該景象相關的數據。:

    維修和建設——增強現實可以將標記器連接到人們正在施工的特定物體上,然后增強現實系統可以在它上面描繪出圖像。

    軍事——軍隊數十年來一直在設計使用增強現實,美國海軍研究所已經資助了一些增強現實研究項目。國防先進技術研究計劃署(DARPA)已經投資了HMD項目來開發可以配有便攜式信息系統的顯示器。其理念在于,增強現實系統可以為軍隊提供關于周邊環境的重要信息,例如顯示建筑物另一側的入口,這有點像X射線視覺。增強現實顯示器還能突出顯示軍隊的移動,讓士兵可以轉移到敵人看不到的地方。

    即時信息——旅行者和學生可以使用這些系統了解有關特定歷史事件的更多信息。想像行走在美國內戰的戰場上,并且在頭戴式增強現實顯示器上看到重現的歷史事件。它將使您沉浸在歷史事件中,有身臨其境之感,而且視角將是全景的。

    游戲——增強現實,可以將游戲映射到周圍的真實世界中,并可以真正成為其中的一個角色。澳大利亞的一位研究人員創作了一個將流行的視頻游戲Quake和增強現實結合起來的原型游戲。他將一個大學校園的模型放進了游戲軟件中。

    城市鏡頭是國內首款聚合了移動互聯最新AR(增強現實)技術的智能手機應用。并致力打造全新的城市導游、導覽、導購,景點與游客、商戶與用戶無縫鏈接全新的移動互聯多資源整合平臺。 AR導航

    舉起愛機,面向要去的方向。整街商鋪、公共設施悉數羅列。攝像頭實景展現功能,讓您看到、聽到、聞到,給您身臨其境,新奇有趣的導航體驗。換個方向,又是完全不同的搜索結果,所謂“城市鏡頭手機中,前后左右鋪不同”。 給用戶以新奇實用的導航體驗。

    應用整合了各城市旅游、餐飲、娛樂、購物、生活、媒體等人們生活中所需的一切信息,并有精準的AR(增強現實)朝向數據導航,為用戶輕松定位、準確指引。從而方便、快捷、有效的幫助人們對所需品的選擇,提高城市生活質量。

    該軟件還提供了全面的城市室內導航、景點園區導航等攻略:如城市概況、景點園區導航(游覽項目介紹、距離、等待時間等)、商圈室內導航、城市特色及文化推薦等,讓用戶輕松感受本地精華,做最好最全面的城市導游、導覽、導購新平臺。

    增強現實作為新型的人機接口和仿真工具,AR受到的關注日益廣泛,并且已經發揮了重要作用,顯示出了巨大的潛力。

    AR是充分發揮創造力的科學技術,為人類的智能擴展提供了強有力的手段,對生產方式和社會生活產生了巨大的深遠的影響。

    隨著技術的不斷發展,其內容也勢必將不斷增加。而隨著輸入和輸出設備價格的不斷下降、視頻顯示質量的提高以及功能很強大但易于使用的軟件的實用化,AR的應用必將日益增長。AR技術在人工智能、CAD、圖形仿真、虛擬通訊、遙感、娛樂、模擬訓練等許多領域帶來了革命性的變化。

    總體來講,增強現實在中國處于起步階段,許多虛擬現實領域的企業已經開始專注于“增強現實”的研發和應用。比如中視典數字科技研發的VRP12.0就集成了增強現實的功能。

    國外發展

    增強現實2016年3月,Digi-Capital發布一份報告指出,在2016年1、2月份,虛擬現實(VR)和增強現實(AR)吸引的相關投資總金額達到了11億美元。該數據給業界留下了深刻的印象,之所以如此,主要是因為這一數據超過了2015年一整年AR/VR吸引的投資總額6.86億美元,同時這也是AR/VR吸引的投資總額在一年時間內首次突破10億美元。

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