增強(qiáng)現(xiàn)實照進(jìn)生活

在最近播放的大片《十二生肖》中，我們看到成龍主演的主人公有一副神奇的眼鏡，在他看到一些事物的時候，眼睛上就會顯示出所看到的事物的相關(guān)資料和信息。通過這個神奇的工具，主人公以最快的速度獲得需要的信息，幫助他完成了任務(wù)。這幅眼鏡應(yīng)用的就是增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，也就是AR技術(shù)。那么什么是AR？AR到底會給我們的生活帶來怎樣的變化呢？

增強(qiáng)現(xiàn)實 （Augmented Reality，簡稱AR），也叫混合現(xiàn)實，是在虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)。是指透過影像處理技術(shù)將虛擬3D和現(xiàn)實影像融合，使真實的環(huán)境和虛擬世界實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。它既允許用戶看到真實世界，同時也能看到疊加在真實世界上的虛擬對象，它是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來的一種系統(tǒng)。AR中真實物體和虛擬物體與用戶環(huán)境須無縫結(jié)合在一起，而且真實物體和虛擬物體之間還要能夠進(jìn)行交互，這樣才能實現(xiàn)真正的虛實融合。因此增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)具有虛實結(jié)合、實時交互、三維定向的特點(diǎn)。

AR為我們呈現(xiàn)出現(xiàn)實中無法直接獲知的信息，讓每個人眼中的世界更加多樣性。其在1992年被波音公司計算機(jī)研究部門首席科學(xué)家Thomas Caudell首次提出。他認(rèn)為可以將所需要的數(shù)據(jù)投射到真實世界的景物上，為工人們提供一個隨身的電子助手，以提升制造行業(yè)的效率。他的設(shè)想引起了不少企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的興趣，但是在過去的十幾年中，因為計算機(jī)的計算速度、軟件性能和成本的限制，AR主要應(yīng)用在軍事、工業(yè)和研究領(lǐng)域當(dāng)中。近些年隨著計算機(jī)性能的不斷改進(jìn)，小型影像設(shè)備的高解析度化、各種傳感器的發(fā)展、移動設(shè)備的進(jìn)步及有效的成本控制，一度高端的AR越來越接近普通大眾。當(dāng)前不少智能手機(jī)上都已具有了一些增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，如諾基亞的“城市萬花筒”，用戶打開這個應(yīng)用就可以在手機(jī)上看到附近的吃喝玩樂場所，非常方便、直觀。還有AR手機(jī)游戲，只需用手機(jī)攝像頭對準(zhǔn)一張有特殊圖案的紙，玩家就可以在手機(jī)屏幕上進(jìn)行游戲了。其實AR的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于此，它的應(yīng)用范圍十分廣泛，只要充分發(fā)揮我們的想象力，它就可以應(yīng)用在各個領(lǐng)域，提高工作效率、增加生活樂趣。如AR在電子游戲中可以讓位于不同地點(diǎn)的玩家，共同進(jìn)入一個真實的自然場景，以虛擬替身的形式，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)對戰(zhàn)；網(wǎng)絡(luò)通訊可以使用AR和人臉跟蹤技術(shù)，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，提高了視頻對話的趣味性；軍隊可以利用AR進(jìn)行方位識別獲得所在地點(diǎn)地理數(shù)據(jù)等重要軍事信息；醫(yī)生可以利用AR進(jìn)行手術(shù)部位的精確定位；展覽景區(qū)可以通過AR將建筑的相關(guān)資料、觀看展品的相關(guān)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給途經(jīng)的觀眾游客等等。

通常情況下，一個完整的AR系統(tǒng)需要有顯示技術(shù)、跟蹤和定位技術(shù)、界面和可視化技術(shù)、標(biāo)定等技術(shù)共同構(gòu)成。跟蹤和定位技術(shù)與標(biāo)定技術(shù)共同完成對位置與方位的檢測，并將數(shù)據(jù)報告給AR 系統(tǒng)，實現(xiàn)被跟蹤對象在真實世界里的坐標(biāo)與虛擬世界中的坐標(biāo)統(tǒng)一，達(dá)到讓虛擬物體與用戶環(huán)境無縫結(jié)合的目標(biāo)。為了生成準(zhǔn)確定位，AR系統(tǒng)需要進(jìn)行大量的標(biāo)定，測量值包括攝像機(jī)參數(shù)、視域范圍、傳感器的偏移、對象定位以及變形等。從目前情況來看，主要有三種AR應(yīng)用解決方案。一是GPS+傳感器方式：通過GPS獲取位置、地磁傳感器取得方向、加速度傳感器得到傾斜角度數(shù)據(jù)，然后經(jīng)信息處理后進(jìn)行疊加顯示。這種方式在手機(jī)上實現(xiàn)最為適合，目前最新智能手機(jī)基本都已具備GPS、指南針和加速度傳感器這些裝置，再加上3G、無線網(wǎng)絡(luò)速度的提升，實現(xiàn)起來并不困難。不過目前存在GPS精度、地磁傳感器易受周邊磁性設(shè)備影響等問題。二是標(biāo)志識別方式：將標(biāo)志圖像的信息事先保存，通過圖像識別技術(shù)，在當(dāng)前的圖像中查找識別標(biāo)志圖像，然后在標(biāo)志圖像上疊加相關(guān)信息。這種方式相對比較成熟，具有開源的ARToolKit（一個C/C++ 語言編寫的庫）可以讓程序員很容易地編寫AR應(yīng)用程序，適用于娛樂游戲、廣告展示、雜志書籍等方面。不足之處在于需事先定義標(biāo)志圖像，程序無法獲取圖像以外的信息，功能擴(kuò)展受到一定限制。第三種是圖像分析識別：對圖像進(jìn)行解析，識別出風(fēng)景物體和空間，然后疊加相關(guān)信息。原理是從圖像上捕捉特征點(diǎn)，然后檢測出平面建立虛擬3D坐標(biāo)，之后合成攝影圖像和數(shù)字內(nèi)容。這種方式需要處理數(shù)據(jù)量大，對于障礙物、垂直面辨析的技術(shù)難度也較大，距離實際使用水平還有一段距離。

與現(xiàn)在新興的很多技術(shù)一樣，增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）技術(shù)也是多學(xué)科交叉集成的產(chǎn)物，它包括計算機(jī)，視覺計算機(jī)、圖形學(xué)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)、GPS等許多技術(shù)。盡管當(dāng)前AR技術(shù)還存在很多不足和問題需要解決，但即使如此，當(dāng)前的應(yīng)用也已給我們帶來了很多樂趣和便捷。未來AR將會朝著更網(wǎng)絡(luò)化、微型化低能耗發(fā)展，這可以在減少裝備的同時大大提高增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)的效能，視覺信息多樣化、數(shù)據(jù)復(fù)雜性、聲音交互的改善會讓增強(qiáng)現(xiàn)實具有更好的應(yīng)用體驗。AR會讓我們的生活變得更加美好，終有一天它會融入到百姓生活的方方面面之中。