增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)研究綜述

楊陽 王宇哲 鄒敏 韓益

摘要：增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，以下簡稱“AR”）是一項綜合性較強(qiáng)的技術(shù)，內(nèi)容涉及計算機(jī)類多個領(lǐng)域，應(yīng)用廣泛，本文從AR概念出發(fā)，對AR的實現(xiàn)及應(yīng)用進(jìn)行充分闡述，并對AR的現(xiàn)狀進(jìn)行論述、總結(jié)，同時從已學(xué)知識的角度對AR的未來發(fā)展前景進(jìn)行預(yù)測。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實;AR;應(yīng)用領(lǐng)域

近年來，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展，計算機(jī)硬件的升級，人們不滿足于能夠呈現(xiàn)虛擬場景，越來越期待能夠與虛擬世界進(jìn)行交互，因而增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)運而生。國際眾多公司紛紛試水：蘋果、谷歌、微軟、英特爾等高科技公司相繼涌入AR領(lǐng)域，在智能顯示技術(shù)、三維注冊技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)不斷發(fā)展的今天，引領(lǐng)了AR發(fā)展的潮流，形成了一個兼容并蓄的AR生態(tài)圈。隨著跟蹤注冊技術(shù)的進(jìn)步，計算機(jī)性能的飛速發(fā)展，深度攝像機(jī)的普及，AR成為近年來的技術(shù)研究熱點，在娛樂、游戲等多個領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

一、AR的基本概念

AR是一種實時地計算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，最早于1990年提出。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(shù)與新手段，它將計算機(jī)生成的虛擬物體或關(guān)于真實物體的非幾何信息疊加到真實世界的場景之上，實現(xiàn)了對真實世界的增強(qiáng)。一句話概括便是運用AR技術(shù)在現(xiàn)實中實現(xiàn)“幻覺”效果。

二、AR的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域

軟件方面，使用到unity3D，C#，vuforia SDK，maya等技術(shù)。硬件方面，眼鏡主要分為主板、攝像頭、鏡片、微型投影儀、眼鏡框架等，主板上有嵌入式的安卓系統(tǒng)，主板安裝在鏡托上，并集成有電池。

其中，關(guān)鍵技術(shù)主要包括：三維跟蹤注冊技術(shù)、虛實融合顯示技術(shù)、智能交互技術(shù)[1]。

應(yīng)用領(lǐng)域主要包括游戲娛樂、藝術(shù)展覽、維修建設(shè)、軍事領(lǐng)域、地圖導(dǎo)航、醫(yī)療、教育。以下是部分應(yīng)用場景的描述：

1.外科手術(shù)與醫(yī)藥研究：AR可以讓醫(yī)生預(yù)先進(jìn)行演習(xí)，虛擬生成出有關(guān)病灶的信息。通過AR技術(shù)的介入，醫(yī)生可以輕易精確地進(jìn)行手術(shù)部位的定位，以此來增加手術(shù)的成功率。

2.游戲娛樂：作為最受青年人關(guān)注的AR，從最初的VR到如今的AR游戲產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出了非凡的活力。例如POKEMON通過設(shè)備的陀螺儀、加速度計等傳感器數(shù)據(jù)來進(jìn)行定位，設(shè)備旋轉(zhuǎn)可以利用陀螺儀獲取，而位移可通過加速度計測得。隨著部分AR主題電影的出現(xiàn)，人們也對AR游戲充滿了憧憬，AR游戲的出現(xiàn)使人們的創(chuàng)新能力得到提升。

3.AR展覽：通過AR技術(shù)向用戶更加全面的展示和表達(dá)。例如，Sky Guide AR通過將手機(jī)對準(zhǔn)天空就可自動找尋附近的星座、衛(wèi)星，也可檢測到附近重要的星體活動。對星體存有興趣的人來說是非常好的一款應(yīng)用;另外未來可能會出現(xiàn)AR眼鏡幫助人們更好的觀察環(huán)境，比如附近的標(biāo)志建筑，或在現(xiàn)實中標(biāo)出一條路線;當(dāng)然不僅僅于此，未來它還可能成為展覽技術(shù)的主要手段。

4.汽車車載系統(tǒng)：將AR與車載系統(tǒng)結(jié)合，既富有科技感又方便駕駛?cè)瞬僮?。目前在該領(lǐng)域有顯著發(fā)展的奔馳汽車，將汽車的實況顯示在屏幕上，駕駛員可以及時了解汽車的狀況和周圍環(huán)境。

三、AR技術(shù)的研究發(fā)展

醫(yī)療培訓(xùn)領(lǐng)域：AR在醫(yī)療診斷領(lǐng)域加以應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)可視化操作處理，尤其是外科手術(shù)過程中，能夠為醫(yī)生提供患者組織器官的3D模型，使醫(yī)生在患者治療時，明確患者的實時狀況，從而讓患者得到準(zhǔn)確有效的治療，AR的應(yīng)用能夠有效實現(xiàn)醫(yī)生和操作培訓(xùn)系統(tǒng)的交互，使醫(yī)生高效完成手術(shù)任務(wù)。

協(xié)同領(lǐng)域：人們在AR開發(fā)和應(yīng)用的過程中，允許用戶對3D模型同時觀看和討論，其主要是在遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)實踐活動的有效整合，為用戶提供較為良好的協(xié)同設(shè)計界面和個性化特點的操作信息[2]。

四、AR技術(shù)的發(fā)展趨勢

面向消費級市場，AR主要產(chǎn)品由硬件、軟件構(gòu)成，軟件由硬件衍生。根據(jù)TalkingData數(shù)據(jù)，截止2016年12月，我國移動終端已達(dá)到13.7億臺，隨著5G的誕生，預(yù)計在未來1-3年，移動端軟件、頭戴顯示器將成為兩項尤為重要且應(yīng)用廣泛的產(chǎn)品。

AR未來應(yīng)用于直升機(jī)設(shè)計過程時，對新產(chǎn)品的設(shè)計與制造方面會具有比較深遠(yuǎn)的影響，產(chǎn)品在設(shè)計時，逐漸從手工發(fā)展到計算機(jī)輔助，在直升機(jī)設(shè)計過程中采用AR，使真實物體與虛擬物體綜合在一起，并且對虛擬物體加以構(gòu)思和設(shè)計以及測試分析，使如發(fā)動機(jī)等復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計和更改變得更加容易，能夠提升直升機(jī)設(shè)計研發(fā)水平、縮短型號研制周期。AR能夠讓設(shè)計人員在設(shè)計過程中具有更加清晰和動態(tài)化的流程指南，使其中附加的文字和圖像更加生動和易于理解[3]。

五、結(jié)論

本文從AR的概念及應(yīng)用入手，通過對當(dāng)前應(yīng)用范圍的分析，并結(jié)合當(dāng)前實際發(fā)展?fàn)顩r，對它的發(fā)展趨勢做出分析和預(yù)測。AR在進(jìn)行有效應(yīng)用時，能夠使輸入的信息內(nèi)容在AR的基礎(chǔ)上得以有效處理，從而得到比較真實的場景空間，再使虛擬信息疊加到真實場景中，構(gòu)成虛擬和現(xiàn)實相結(jié)合的AR場景，并且利用自然交互技術(shù)實時操作空間中的信息內(nèi)容，使結(jié)果更加生動有效，比如AR和旅游業(yè)的結(jié)合可以使用戶陶醉在虛擬世界之中。它能極大地滿足用戶的需求，產(chǎn)生視覺和聽覺上的認(rèn)知，增強(qiáng)體驗感。未來在直升機(jī)設(shè)計中，AR的應(yīng)用效果會是較為顯著的，也能為這一基礎(chǔ)的發(fā)展提供比較好的依據(jù)和推動作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]焦?jié)捎?淺析增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用[J].通訊世界，2019，26（01）：287-288.

[2]吳騫華.增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢[J].通訊世界，2019，26（01）：289-290.

[3]吳雪薇，王利雙，張盈盈.增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展趨勢研究[J].科技視界，2019（30）：223-224+177.

作者簡介：楊陽（1998-），男，漢族，江蘇泰州人，武漢東湖學(xué)院計算機(jī)科學(xué)學(xué)院軟件工程專業(yè)2017級本科生。