前景光明的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

劉露

前段時(shí)間，一只以類(lèi)似 3D 全息投影形式呈現(xiàn)的小北極熊火遍了全網(wǎng)，在這只萌熊背后，酷炫的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)也受到人們熱議，該技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)被廣泛運(yùn)用。

AR是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是在虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，也被稱(chēng)為混合現(xiàn)實(shí)，是通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶(hù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。

它是一種全新的人機(jī)交互技術(shù)，利用攝像頭、傳感器、實(shí)時(shí)計(jì)算和匹配技術(shù)，將真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到同一個(gè)畫(huà)面或空間而同時(shí)存在。用戶(hù)可以通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，還能突破空間、時(shí)間以及其他客觀限制，感受到在真實(shí)世界中無(wú)法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)營(yíng)造一個(gè)和用戶(hù)周?chē)h(huán)境完全不同的由計(jì)算機(jī)生成的虛擬場(chǎng)景，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)則是把計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體或文字信息疊加到真實(shí)的環(huán)境中。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在虛擬環(huán)境和真實(shí)環(huán)境之間搭起了一個(gè)橋梁。用戶(hù)借助手機(jī)、平板電腦等智能終端顯示設(shè)備自帶的攝像頭觀察周?chē)恼鎸?shí)環(huán)境，在其手持的智能終端顯示屏上除了可以看到其周?chē)恼鎸?shí)環(huán)境之外，還可以看到由計(jì)算機(jī)生成的虛擬輔助信息。

近年來(lái)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到了很大的發(fā)展，在體育轉(zhuǎn)播時(shí)，借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以把運(yùn)動(dòng)員的名字或者所在國(guó)家的國(guó)旗疊加在跑道上，由于事先已經(jīng)獲取了攝像機(jī)以及賽場(chǎng)環(huán)境的準(zhǔn)確參數(shù)，可以保證在實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播時(shí)由計(jì)算機(jī)所添加的虛擬物體或者文字信息天衣無(wú)縫地融合到當(dāng)前環(huán)境中。除了體育轉(zhuǎn)播以外，現(xiàn)在很多的演出中也應(yīng)用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件部分主要包括可以把用戶(hù)當(dāng)前所處的真實(shí)環(huán)境和計(jì)算機(jī)所生成的虛擬物體以及文字同時(shí)進(jìn)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(hù)手持的智能手機(jī)或者是平板電腦。除了融合顯示裝置外，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還需要了解用戶(hù)意圖的人機(jī)交互設(shè)備，因?yàn)橄到y(tǒng)需要知道用戶(hù)現(xiàn)在的需求是什么，采用傳統(tǒng)的鍵盤(pán)、鼠標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這樣的人機(jī)交互，需要采用語(yǔ)音識(shí)別、眼動(dòng)跟蹤、身體動(dòng)作跟蹤等一系列的自然交互手段。此外，還需要硬件計(jì)算平臺(tái)來(lái)完成融合顯示、虛擬物體的繪制以及人機(jī)交互等一系列的復(fù)雜運(yùn)算。

除了上述硬件平臺(tái)之外，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還需要一系列軟件的支撐，包括識(shí)別當(dāng)前用戶(hù)所看到的場(chǎng)景中的物體種類(lèi)以及物體具體位置的識(shí)別和跟蹤軟件，把虛擬的三維物體進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制和融合顯示的三維圖形渲染繪制軟件。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)景至少應(yīng)該滿足三個(gè)要素。首先，它所呈現(xiàn)的內(nèi)容必須包含虛擬和現(xiàn)實(shí)兩個(gè)部分，這也是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)景最基本的條件；其次，虛擬和現(xiàn)實(shí)的融合必須是實(shí)時(shí)進(jìn)行的；最后，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)景應(yīng)該創(chuàng)造出三維環(huán)境，這種三維環(huán)境不是指視覺(jué)上的3D立體畫(huà)面，而是指屏幕中創(chuàng)造出空間范圍，屏幕會(huì)隨著你的移動(dòng)而呈現(xiàn)不同內(nèi)容。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有相似的應(yīng)用領(lǐng)域，比如在尖端武器、飛行器的研制與開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)模型的可視化、虛擬訓(xùn)練、娛樂(lè)與藝術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。而且由于具有能夠?qū)φ鎸?shí)環(huán)境進(jìn)行增強(qiáng)顯示輸出的特性，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)療研究與解剖訓(xùn)練、精密儀器制造和維修、軍用飛機(jī)導(dǎo)航、工程設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程機(jī)器人控制等領(lǐng)域，具有比虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更加明顯的優(yōu)勢(shì)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可廣泛應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、建筑、教育、工程、影視、娛樂(lè)等領(lǐng)域。醫(yī)生可以利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，輕易地進(jìn)行手術(shù)部位的精確定位；軍隊(duì)可以利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，進(jìn)行方位的識(shí)別，獲得實(shí)時(shí)所在地點(diǎn)的地理數(shù)據(jù)等重要軍事數(shù)據(jù)；文化古跡的信息以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的方式提供給參觀者，用戶(hù)不僅可以通過(guò)頭盔式顯示器看到古跡的文字解說(shuō)，還能看到遺址上殘缺部分的虛擬重構(gòu)；在工業(yè)維修領(lǐng)域，頭盔式顯示器將多種輔助信息顯示給用戶(hù)，包括虛擬儀表的面板、被維修設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、被維修設(shè)備零件圖等。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以在轉(zhuǎn)播體育比賽的時(shí)候?qū)崟r(shí)將輔助信息疊加到畫(huà)面中，使觀眾可以得到更多的信息。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲可以讓位于全球不同地點(diǎn)的玩家，共同進(jìn)入一個(gè)真實(shí)的自然場(chǎng)景，以虛擬替身的形式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)對(duì)戰(zhàn)。

此外，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還被應(yīng)用于教育領(lǐng)域，跟傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書(shū)不同的是，用戶(hù)通過(guò)手機(jī)或者平板電腦下載軟件，就可以體驗(yàn)更具真實(shí)感的三維動(dòng)畫(huà)和互動(dòng)科學(xué)游戲，這樣不僅增強(qiáng)使用的趣味性和交互性，還能給兒童帶來(lái)全新閱讀體驗(yàn)。

在未來(lái)，我們佩戴的眼鏡或隱形眼鏡會(huì)再一次變革我們的通訊設(shè)備、辦公設(shè)備、娛樂(lè)設(shè)備等；在未來(lái)，我們不再需要電腦、手機(jī)等實(shí)體，只需在雙眼中投射屏幕的影像，即可創(chuàng)造出懸空的屏幕以及三維立體的操作界面；在未來(lái)，人眼的邊界將被再一次打開(kāi)，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(xiàn)在面前與你面對(duì)面對(duì)話，你也將會(huì)“觸摸”到虛幻世界的任何物件；在未來(lái)，一揮手你就可以完全沉浸在另一個(gè)虛擬世界，甚至是現(xiàn)實(shí)世界無(wú)法到達(dá)的千千萬(wàn)萬(wàn)種可能的人生。

【責(zé)任編輯】趙新宇