增強現實技術發展分析及預測

慕競瑋

摘要：

虛擬現實是指通過一系列技術手段使人們置身于虛擬世界中，而增強現實是指將虛擬的物體在真實世界中展現出來，所以增強現實更加真實也更加貼近生活，在現實生活中應用廣泛。增強現實在工業領域最先提出，后來相繼在醫療、軍事、娛樂游戲、教育領域出現，可用于化學實驗、建筑模擬、教學指導等。闡述了國內外增強現實的發展歷程，對增強現實未來領域進行了展望。

關鍵詞關鍵詞：

增強現實；虛擬現實；發展領域

DOIDOI：10.11907/rjdk.172722

中圖分類號：TP-0

文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2018）003000403

英文摘要Abstract：Virtual reality use a series of technological means that put themselves in the midst of virtual world.Augmented reality is that put virtual things in the reality world，so AR is more true and close to life up to apply to further field.First propose AR field is industry，then，appear at medical，military，show business，tourism and education.Be the same with chemical experiment，building templates，teaching guide and soon.In this paper，we discuss that AR first epoch，occurrence field，and review of the past development history both at home and abroad，also look forward to the future AR field.

英文關鍵詞Key Words：augmented reality； virtual reality；in the area of development

0引言

隨著技術的發展，增強現實在越來越多的領域嶄露頭角。增強現實一詞自1990年提出到現在歷經27年，定義相對明了。Milgram P和Takemura H[1]在1994年通過廣義和狹義兩個維度定義了“增強現實”：廣義上是指“增強自然反饋的操作與仿真的線索”；狹義上注重技術方面，認為增強現實是“虛擬現實的一種形式，其中參與者的頭盔式顯示器是透明的，能清楚地看到現實世界”。

增強現實來源于虛擬現實，其通過一些技術手段讓現實中的場景和真實世界相結合，從而增強用戶體驗。增強現實相對于虛擬現實來說，是對真實世界的延伸，是在真實事物上對虛擬事物的疊加，更加真實也更加貼近生活；從技術手段來說，增強現實技術比虛擬現實技術要困難一些，需要對現實事物進行識別并在真實背景上導入虛擬事物，識別的準確性及背景事物的復雜性對技術要求相對高一些；從應用領域來說，增強現實應用的領域比虛擬現實更廣，因為虛擬現實創建場景工作量巨大，而增強現實不存在這種問題，只需要將虛擬事物制作出來，相對簡單且成本低，受設備限制少，因此可以應用在更多領域。

1增強現實發展分析

1.1增強現實國內發展分析

國內最早提及增強現實一詞是在1998年中國智能自動化學術會議上，由楊斌等[2]提出“虛擬環境中有3種技術：虛擬現實、增強現實和臨場感”，并給出了立體視覺技術相應的計算公式。2000年劉渭濱等[3]提出了“AVR（From actua reality to virtua reality，即由真實現實到虛擬現實的轉換）理論”，這個理論的提出，使真實事物在虛擬建模時更加精確，并且減少了建模工作量，對增強現實技術有著重要意義。

2004年，計算機在國內大面積普及，有關計算機的各項學術活動創出新高，增強現實也得到了大力發展。在第三屆全國數字成像技術及相關材料發展與應用學術研討會中，劉越等[4]首次提出了一個相對比較完整的理論體系。同時，也首次提出將增強現實技術應用在教育及工業儀器設備制造中，擴展了增強現實的應用領域。

2008年，陳靖等[5]首次提出將增強現實技術應用到旅游產業中，“基于關鍵幀匹配的增強現實跟蹤注冊算法，實現圓明園大水法遺址的數字重現”，讓人們可以看到全盛時期圓明園的宏偉景觀。在隨后的幾年中，增強現實主要應用在地理地圖或三維實時導航上，一般在校園或博物館3D漫游中的應用比較多。

直到2010年，增強現實首次明確出現在教學中。余明媚等 [6]從中小學教育、特殊教育、職業教育等方面，對增強現實在教育中的應用作了一個完整的綜述，為增強現實未來幾年在教育方面的發展奠定了基礎，同時也為研究指明了方向。

隨著2016年虛擬現實元年的到來，虛擬現實的發展帶動了增強現實技術的提高，應用領域也擴展到了軍事模擬、網絡購物、教育游戲等領域。娛樂領域是增強現實一個很重要的應用領域。2016年騰訊QQ推出的AR火炬傳遞，引起了增強現實應用的火熱浪潮。騰訊QQ跟隨《神偷奶爸3》上映的腳步，推出營救小黃人“掃香蕉”的活動中，用戶使用手機攝像頭掃描一根香蕉，手機屏幕上就會出現不同的小黃人造型，引起廣泛關注。增強現實的應用除了創意與藝術表現外，技術上的不斷鉆研進步更令人驚喜。

1.2增強現實國外發展分析

國外增強現實的字眼在1993年的ACM（國際計算機組織）中就出現了，比國內早了整整6年，Steven Feine[7]寫到，增強現實 “發展了計算機視野，使用目標識別技術，利用技術創造一個新的復雜的增強現實應用，呈現一種人類接觸自然的新方式”，而Wendy Mackay[8]則認為增強現實“能夠在紙上擴展計算的規模”。

1994年Greenleaf W J[9]更加詳細說明了增強現實的功能，“可將真實世界分為3種空間：視覺、聽覺和觸覺”，首次提出“將一些增強現實的技術應用到殘疾人的日常生活中”，從而開發了增強現實的第一個應用領域。隨著計算機技術的發展，增強現實逐漸出現在大眾視野內，應用領域也從醫學領域的外科轉向了內科，并且提出了用增強現實技術注解現實世界的事物，這才是增強現實最基本的功能。某些醫院推出了游戲打針，通過增強現實技術，使用增強現實設備，小孩便可同虛擬視野里面的小人進行交流，獲得小孩的信任之后，虛擬的小人指導小孩通過完成游戲中任務的形式來完成打針，從而減輕小孩打針時的恐懼感和疼痛感，打針成功的小孩還會獲得一枚勛章。從此，小孩打針不再是家長頭疼的一件事情，相反還變成了小孩引以為傲的事情。

1996年，首次提出了利用增強現實工具進行3D解剖，同時又提出另外一個領域的應用，就是運動分析。現今運動分析非常流行，很好地迎合了熱愛健康熱愛運動這一類人群的需求。比如騎自行車減肥，減肥本是一件痛苦的事情，還要通過單調的騎自行車來完成，豈不是更無聊？如果用戶可以在完全沉浸式的環境中，比如在一個鳥語花香的大自然中，或者更刺激更有挑戰的大峽谷中完成自行車的騎行里程，這樣的減肥方式有誰不愿意嘗試呢？

1999年，首次提出將增強現實應用于工業、標簽追蹤等領域。在此后的幾年中，增強現實依然主要應用于醫學領域。2001年增強現實則首次應用于城市規劃中，Jie Shen等[10]提出增強現實“利用這種基于影像的思想，不僅節省了更多時間，而且比傳統的基于制圖法的虛擬現實更加真實和客觀”。Sygic最近推出針對Android手機和平板電腦的GPS導航應用程序的AR功能——Real View Navigation，該新功能可以讓手機攝像頭掃描行駛路線和周邊情況，將模擬的路況附加在真實路面上，用戶在汽車行駛過程中只需要觀察路面就可以了解導航情況，不需要看導航，同時該軟件還可提供路邊的信息，比如加油站、周邊景點、酒店旅館等信息，這些信息不會影響到駕駛員的視線。

2010年迎來了增強現實的春天。這年，增強現實的應用擴展到了很多領域，尤其是教育領域。在教學環境中采用一種新的教學方式，用現有的課程加上一些符合教學規律的活動，組成一個化學虛擬現實學習系統（CARLS）[11]。歷經幾年的探索，從剛開始建立一個全新的學習系統，到現在借助之前存在的系統加以修改補充，變成即便沒有受過專業訓練的教師也可以簡單完成的系統，節省了教師學習、熟悉、制作新系統的時間及成本。

隨著移動學習和深度學習的成熟，增強現實也加入到移動學習的大家族中，隨時隨地使用增強現實已經實現，各種各樣的增強現實型游戲、甚至是電子書，還有越來越多的應用程序軟件都攜帶增強現實功能，增強現實技術得到了空前的發展。

增強現實從剛開始的一個設想，到有了簡單的理論支撐，理論指導實踐，又有了增強現實的實現技術，實踐充實理論，有了完整的理論支撐，從而發展成一個研究領域。這中間經歷了無數次的嘗試，無數前輩為之奉獻，才有了今天所看到的增強現實這么多的應用領域。

2增強現實技術未來展望

在未來，增強現實的應用如同WiFi一樣實現全面覆蓋。在一堂課上，教師應用增強現實技術給學生展示一些晦澀難懂的知識，比如天體的運轉、生物分子結構等，學生可佩戴相關設備（簡單輕便，可隨身攜帶）觀看教師的展示。如果有學生生病或其它原因缺席，這位學生可在家或病房觀看教師的演示，整個過程這位學生一樣可全程參與，如同現在的遠程教育。

增強現實在醫療方面尤其在手術中的應用變得越來越重要。可以通過拍攝CT或者掃描得到的人體內部結構，構建出增強現實的立體畫面，不論主治醫生還是實習醫生都能看清病人的具體情況，從而給出最完美的解決方案，同時也可通過增強現實手段實施院外甚至是省外專家的實時會診。這些珍貴的資料都可保存下來，為醫學院學生提供更好的學習機會。

增強現實在職業教育方面的應用也有很大的提升空間。在未來的職業教育中，學生可通過增強現實技術安裝虛擬電機，如果中途或最后的測試階段出現錯誤導致虛擬電機無法正常運轉，學生可遠程連線校外有經驗的工程師。工程師可看到學生安裝虛擬設備的情況，不僅可通過語言指導，還能在虛擬環境中通過增強現實設備動手演示，解決學生的問題，這是另外一種形式的工學結合。

現今只要是稍具規模的購物商場，都會出現一個VR體驗店，很受年輕人歡迎，相信在不久的將來，增強現實會很快研發出各種觸手可得的娛樂項目，推出AR體驗店。

參考文獻參考文獻：

[1]MIGRAM，TAKEMURA，UTSUMI，et al.Augmentedreality：a class of displays on the realityvirtuality continuum[J].Spie，1994，2351（34）：282292.

[2]楊斌，葉榛，王家廞.虛擬環境中立體視覺的技術與應用[C].1998年中國智能自動化學術會議，1998.

[3]劉渭濱，張超，袁保宗.AVR虛擬環境建模理論與實踐[C].中國體視學學會圖像分析專業、中國體視學學會仿真與虛擬現實專業、中國航空學會信號與信息處理專業第一屆聯合學術會議，2000.

[4]劉越，王涌天，閆達遠.增強現實系統顯示技術研究[C].第三屆全國數字成像技術及相關材料發展與應用學術研討會，2004.

[5]陳靖，王涌天，林精敦，等.基于增強現實技術的圓明園景觀數字重現[C].第七屆中國計算機圖形學大會，2008.

[6]余明媚，李文光，王新輝.增強現實技術在教學中的應用現狀與趨勢分析[C].全國計算機輔助教育學會第十四屆學術年會，2010.

[7]STEVENFEINE.Knowledgebased augmented reality[J].Communications of the ACM，1993（7）：5362.

[8]WENDY MACKAY，GILLES VELAY.Augmenting reality[J].Communications of the ACM，1993（7）：9697.

[9]GREENLEAF W J.Augmenting reality in rehabilitation medicine [J].Artificial Intelligence in Medicine，1994（2）：289299.

[10]JIE SHEN，YONGHONG WU，HAOWULIU.Urban planning using augmented reality[J].American Society of Civil Engineers，2001（5）：118125.

[11]BRENDA K，WIEDERHOLD，GIUSEPPE RIVA.The effects of augmented reality on learning[J].Studies in Health Technology and Informatics，2010（3）：1620.

責任編輯（責任編輯：杜能鋼）