前景光明的增強現實技術

劉露

前段時間，一只以類似 3D 全息投影形式呈現的小北極熊火遍了全網，在這只萌熊背后，酷炫的增強現實（AR）技術也受到人們熱議，該技術在國外已經被廣泛運用。

AR是增強現實（Augmented Reality）的簡稱，是在虛擬現實的基礎上發展起來的新技術，也被稱為混合現實，是通過計算機系統提供的信息增加用戶對現實世界感知的技術，將虛擬的信息應用到真實世界，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統提示信息疊加到真實場景中，從而實現對現實的增強。

它是一種全新的人機交互技術，利用攝像頭、傳感器、實時計算和匹配技術，將真實的環境和虛擬的物體實時地疊加到同一個畫面或空間而同時存在。用戶可以通過增強現實系統感受到在客觀物理世界中所經歷的“身臨其境”的逼真性，還能突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到在真實世界中無法親身經歷的體驗。

虛擬現實營造一個和用戶周圍環境完全不同的由計算機生成的虛擬場景，而增強現實則是把計算機生成的虛擬物體或文字信息疊加到真實的環境中。增強現實在虛擬環境和真實環境之間搭起了一個橋梁。用戶借助手機、平板電腦等智能終端顯示設備自帶的攝像頭觀察周圍的真實環境，在其手持的智能終端顯示屏上除了可以看到其周圍的真實環境之外，還可以看到由計算機生成的虛擬輔助信息。

近年來增強現實技術得到了很大的發展，在體育轉播時，借助增強現實技術可以把運動員的名字或者所在國家的國旗疊加在跑道上，由于事先已經獲取了攝像機以及賽場環境的準確參數，可以保證在實時轉播時由計算機所添加的虛擬物體或者文字信息天衣無縫地融合到當前環境中。除了體育轉播以外，現在很多的演出中也應用了增強現實技術。

增強現實系統由硬件和軟件兩部分構成。硬件部分主要包括可以把用戶當前所處的真實環境和計算機所生成的虛擬物體以及文字同時進行顯示的顯示載體，這既可以是頭盔式顯示器，也可以是用戶手持的智能手機或者是平板電腦。除了融合顯示裝置外，增強現實系統還需要了解用戶意圖的人機交互設備，因為系統需要知道用戶現在的需求是什么，采用傳統的鍵盤、鼠標無法實現這樣的人機交互，需要采用語音識別、眼動跟蹤、身體動作跟蹤等一系列的自然交互手段。此外，還需要硬件計算平臺來完成融合顯示、虛擬物體的繪制以及人機交互等一系列的復雜運算。

除了上述硬件平臺之外，增強現實系統還需要一系列軟件的支撐，包括識別當前用戶所看到的場景中的物體種類以及物體具體位置的識別和跟蹤軟件，把虛擬的三維物體進行實時繪制和融合顯示的三維圖形渲染繪制軟件。

增強現實實景至少應該滿足三個要素。首先，它所呈現的內容必須包含虛擬和現實兩個部分，這也是增強現實實景最基本的條件；其次，虛擬和現實的融合必須是實時進行的；最后，增強現實實景應該創造出三維環境，這種三維環境不是指視覺上的3D立體畫面，而是指屏幕中創造出空間范圍，屏幕會隨著你的移動而呈現不同內容。

增強現實技術不僅與虛擬現實技術有相似的應用領域，比如在尖端武器、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。而且由于具有能夠對真實環境進行增強顯示輸出的特性，增強現實技術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，具有比虛擬現實技術更加明顯的優勢。

增強現實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。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；文化古跡的信息以增強現實的方式提供給參觀者，用戶不僅可以通過頭盔式顯示器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；在工業維修領域，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。增強現實技術還可以在轉播體育比賽的時候實時將輔助信息疊加到畫面中，使觀眾可以得到更多的信息。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。

此外，增強現實技術還被應用于教育領域，跟傳統紙質圖書不同的是，用戶通過手機或者平板電腦下載軟件，就可以體驗更具真實感的三維動畫和互動科學游戲，這樣不僅增強使用的趣味性和交互性，還能給兒童帶來全新閱讀體驗。

在未來，我們佩戴的眼鏡或隱形眼鏡會再一次變革我們的通訊設備、辦公設備、娛樂設備等；在未來，我們不再需要電腦、手機等實體，只需在雙眼中投射屏幕的影像，即可創造出懸空的屏幕以及三維立體的操作界面；在未來，人眼的邊界將被再一次打開，雙手的界限將被再一次突破，幾千千米外的朋友可以立即出現在面前與你面對面對話，你也將會“觸摸”到虛幻世界的任何物件；在未來，一揮手你就可以完全沉浸在另一個虛擬世界，甚至是現實世界無法到達的千千萬萬種可能的人生。

【責任編輯】趙新宇