亦真亦幻——淺談日漸興起的現實增強技術

孫瑀陽+蘇晴

【摘要】作為日漸興起的新型媒體表現形式，現實增強技術有著巨大的潛力和無可比擬的良好體驗。作為即將改變人類日常生活的新技術，AR也在朝著多領域和多元化的方向發展。本文簡單簡述了AR技術的概念和應用領域，使讀者對現實增強技術有一個初步的認識和了解。

【關鍵詞】AR；現實增強系統

增強現實技術，也稱擴增現實技術，簡稱AR，是一種可以“無縫”銜接虛擬世界信息和真實世界信息的新興技術，是把原本在現實世界的一定時間空間范圍內的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，模擬仿真后再進行合成疊加，將虛擬的信息拼接到真實世界，讓真實的環境和虛擬的物品實時地疊加到同一個畫面或空間，從而被人類感官所感知，達到超越現實的感官體驗。

在視覺化的增強現實中，用戶可以通過手機，顯示器，電視等設備，把真是世界與電腦圖形多重合成在一起，便能體驗到AR技術的魅力所在。AR主要包括多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器融合、實時跟蹤及注冊、場景融合等新技術與新手段。

一個完整的AR系統，需要一組實時工作，緊密相連的硬件與相關軟件協同完成實現，在日積月累的發展中，形成了以下三種組成形式：

1.Monitor-Based增強現實系統

在基于計算機顯示器的增強現實實現方案中，Monitor-Based增強現實系統通過攝像機抓取真是世界的圖像輸入到計算機中，并將其與計算機圖形系統產生的虛擬景象進行合成，最終輸出到屏幕顯示器上。用戶從屏幕上看到最終的增強場景圖像。Monitor-Based增強現實系統。Monitor-Based增強現實系統的實現雖然簡單，但最終的呈現方式卻與傳統的媒體形式相差不大，所以Monitor-Based增強現實系統并不會給用戶帶來沉浸感。

2.透視式增強現實系統

在VR領域中頭盔式現實器HMD被廣泛應用，虛擬現實的開發者們用HMD來增強用戶體驗時的沉浸感。與VR類似，AR的開發者們也使用了類似的技術，那就是在AR技術中廣泛使用的穿透式HMD。開發者根據具體實現的原理不同，又將穿透式HMD分為兩類：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），兩種穿透式增強系統又有各自的特點。

光學透視式增強現實系統具有簡單、分辨率高、視覺偏差小等優點，但相對的，光學透視式增強現實系統對定位的精度要求高、對延遲匹配較難，視野也與傳統的HMD相比較窄，價格也是十分的昂貴。

與把用戶的意識帶到虛擬世界的VR不同，AR帶給用戶的視覺體驗不一定都是虛幻的，用戶看到的場景會有真實的部分和虛擬的部分。AR技術將虛擬的信息整合到現實的空間中，在將其輸出，最終用戶看到的就是現實與虛擬的完美結合。AR技術不會導致用戶現實感的喪失，同時還能用戶的想象具象化，呈現在用戶的眼前。

在交互方面，由于AR是現實場景和虛擬場景的結合，所以攝像頭就成為AR系統中最基礎、最重要的設備。AR技術在攝像頭拍攝到的真實的畫面基礎上，結合虛擬的信息以展示和互動。

而在技術上AR技術應用了很多computer vision技術。AR技術重點強調復原用戶的視覺功能，在用戶體驗的過程中，AR設備會自動跟蹤識別物體，而不是讓用戶自己手動去框選；同時AR技術會自主跟蹤并且對周圍的場景進行實時的3d建模，而不是開發者打開開發軟件，照著構思好的或者真實場景制作一個極為相似的。

AR的應用領域極為廣泛，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。

在不遠的將來，現實增強技術帶給我們生活上巨大的影響將成為必然。雖然這種影響產生的變革不會一蹴而就，但其潛移默化的影響將會是無比深刻的。在當代，已經有一些前衛的生活領域出現了增強現實技術。

2013年，AR技術頂上了春晚的舞臺，并被廣泛使用，從那時起，AR走進了大眾的視野，越來越多的人開始了解AR，開始體驗AR。其實早在2010年世界杯期間，央視的《豪門盛宴》演播間就曾經使用過AR技術，演播間將世界杯的logo制作成AR的識別圖案，將場館和球員以AR技術展現，讓電視機前的觀眾感受到了AR的魅力所在。

2016年7月，任天堂公司開發的游戲《精靈寶可夢Go》在澳大利亞新西蘭區域首發，該游戲就是以定位技術和AR技術相結合，讓玩家體驗到游戲中“訓練師”的真實體驗。AR技術將玩家所拍攝的真實場景與虛擬的“怪獸”完美結合在一起，并通過手機屏幕輸出，玩家通過屏幕的觸控，與“怪獸”和場景進行實時互動。

同時，在網絡高度發展的當代，增強現實系統與網絡的結合也成為一個必然的發展趨勢。通過云數據的存儲和足夠快的數據傳輸速度，開發者完全可以減少增強現實系統的設備，同時在系統的效能也有了大大的提高。除了現在AR的使用平臺作為研究的熱點外，如何使AR系統的體積減小，能耗降低也是開發者和廠商所不可忽視的一個研究方向。在未來，當AR技術成熟時，將會有更多的人能夠體會到AR技術的魅力，具有完善人機交互系統的AR也將成為新時代媒體的主流技術。