百科：前景光明的增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)

前段時間，一只以類似 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（AR）技術(shù)也受到人們熱議，該技術(shù)在國外已經(jīng)被廣泛運(yùn)用。
　　AR是增強(qiáng)現(xiàn)實（Augmented Reality）的簡稱，是在虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，也被稱為混合現(xiàn)實，是通過計算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對現(xiàn)實世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，并將計算機(jī)生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實場景中，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的增強(qiáng)。
　　它是一種全新的人機(jī)交互技術(shù)，利用攝像頭、傳感器、實時計算和匹配技術(shù)，將真實的環(huán)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(qiáng)現(xiàn)實系統(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、時間以及其他客觀限制，感受到在真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。
　　虛擬現(xiàn)實營造一個和用戶周圍環(huán)境完全不同的由計算機(jī)生成的虛擬場景，而增強(qiáng)現(xiàn)實則是把計算機(jī)生成的虛擬物體或文字信息疊加到真實的環(huán)境中。增強(qiáng)現(xiàn)實在虛擬環(huán)境和真實環(huán)境之間搭起了一個橋梁。用戶借助手機(jī)、平板電腦等智能終端顯示設(shè)備自帶的攝像頭觀察周圍的真實環(huán)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(huán)境之外，還可以看到由計算機(jī)生成的虛擬輔助信息。

　　近年來增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)得到了很大的發(fā)展，在體育轉(zhuǎn)播時，借助增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)可以把運(yùn)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(jīng)獲取了攝像機(jī)以及賽場環(huán)境的準(zhǔn)確參數(shù)，可以保證在實時轉(zhuǎn)播時由計算機(jī)所添加的虛擬物體或者文字信息天衣無縫地融合到當(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)實技術(shù)。
　　增強(qiáng)現(xiàn)實系統(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當(dāng)前所處的真實環(huán)境和計算機(jī)所生成的虛擬物體以及文字同時進(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)實系統(tǒng)還需要了解用戶意圖的人機(jī)交互設(shè)備，因為系統(tǒng)需要知道用戶現(xiàn)在的需求是什么，采用傳統(tǒng)的鍵盤、鼠標(biāo)無法實現(xiàn)這樣的人機(jī)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(jī)交互等一系列的復(fù)雜運(yùn)算。
　　除了上述硬件平臺之外，增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)還需要一系列軟件的支撐，包括識別當(dāng)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(jìn)行實時繪制和融合顯示的三維圖形渲染繪制軟件。
　　增強(qiáng)現(xiàn)實實景至少應(yīng)該滿足三個要素。首先，它所呈現(xiàn)的內(nèi)容必須包含虛擬和現(xiàn)實兩個部分，這也是增強(qiáng)現(xiàn)實實景最基本的條件；其次，虛擬和現(xiàn)實的融合必須是實時進(jìn)行的；最后，增強(qiáng)現(xiàn)實實景應(yīng)該創(chuàng)造出三維環(huán)境，這種三維環(huán)境不是指視覺上的3D立體畫面，而是指屏幕中創(chuàng)造出空間范圍，屏幕會隨著你的移動而呈現(xiàn)不同內(nèi)容。
　　增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)不僅與虛擬現(xiàn)實技術(shù)有相似的應(yīng)用領(lǐng)域，比如在尖端武器、飛行器的研制與開發(fā)、數(shù)據(jù)模型的可視化、虛擬訓(xùn)練、娛樂與藝術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。而且由于具有能夠?qū)φ鎸嵀h(huán)境進(jìn)行增強(qiáng)顯示輸出的特性，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(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)計和遠(yuǎn)程機(jī)器人控制等領(lǐng)域，具有比虛擬現(xiàn)實技術(shù)更加明顯的優(yōu)勢。
　　增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)可廣泛應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、建筑、教育、工程、影視、娛樂等領(lǐng)域。醫(yī)生可以利用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，輕易地進(jìn)行手術(shù)部位的精確定位；軍隊可以利用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，進(jìn)行方位的識別，獲得實時所在地點(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(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，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)實技術(shù)還可以在轉(zhuǎn)播體育比賽的時候?qū)崟r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(qiáng)現(xiàn)實游戲可以讓位于全球不同地點(diǎn)的玩家，共同進(jìn)入一個真實的自然場景，以虛擬替身的形式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)對戰(zhàn)。
　　此外，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)還被應(yīng)用于教育領(lǐng)域，跟傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書不同的是，用戶通過手機(jī)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(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(shè)備、辦公設(shè)備、娛樂設(shè)備等；在未來，我們不再需要電腦、手機(jī)等實體，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，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(xiàn)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(xiàn)實世界無法到達(dá)的千千萬萬種可能的人生。
　　【責(zé)任編輯】趙新宇