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ar是什么(AR技术功能)

本文来自3D视觉工坊，仅供学术交流 。
随着信息技术的飞速发展，虚拟现实和增强现实逐渐成为热点 。虚拟现实是一个完全建立起来的虚拟环境，它让人类脱离现有的环境，进入一个新的世界 。它的广泛应用可能需要一段时间的积累 。目前，虚拟现实主要在科研模拟、虚拟漫游、游戏娱乐、教育培训等领域发挥作用 。增强现实(Augmented reality)由虚拟现实发展而来，旨在增强人类的能力，为人类提供各种辅助信息，成为人类个体与信息世界沟通的重要枢纽 。目前已在医疗、交通、教育培训、航空航天、通信、工业维修等领域发挥作用 。人们认为，增强现实的大规模应用将早于虚拟现实，它可能取代智能手机，成为下一代智能计算和显示平台，将物理世界与信息世界更加紧密地联系在一起 。这里主要说一下增强现实的相关内容 。

一个
增强现实概念
增强现实(AR)技术是一种基于实时计算和多传感器融合将现实世界与虚拟信息相结合的技术 。这项技术模拟并重新输出人的视觉、听觉、嗅觉、触觉等感觉，将虚拟信息叠加在真实信息上，给人提供一种超越现实世界的体验 。阿祖梅在1997年提出了一个被广泛接受的定义 。他认为AR应该有三个特点:
结合真实与虚拟实时交互支持三维注册
我们要讨论的增强现实主要是视觉增强现实技术，其核心在于物理中虚拟信息与现实世界的匹配和可视化空 。增强现实是一个多学科的研究领域，内容庞杂 。选择某一点深入下去，可以是一个长期的研究课题 。一个完整的AR系统至少有三个部分:跟踪、注册和展示 。

2
增强现实技术的起源
萨瑟兰在1968年完成了第一个HMD，这是HMD的创始人 。但由于当时的技术限制，设备非常笨重，需要挂在屋顶上，因此被戏称为“达摩克利斯之剑” 。

在20世纪70年代和80年代，许多研究人员做了相关的研究工作，但直到20世纪90年代初，“增强现实”一词才首次诞生 。增强现实逐渐脱去虚拟现实的外衣，成为一个独立的研究领域 。
随着21世纪初智能手机的兴起，增强现实有了天然的发展载体，基于视频的增强现实发展迅速 。这也是由于基于图像的跟踪和定位工具的相继推出，如ARToolKit和Vuforia 。如下图，目前以智能手机和平板电脑为平台的增强现实应用非常普遍 。

然而，智能手机和平板电脑毕竟只是基于视频的增强现实 。和光学的相比，它们还是缺乏科技感和刺激感 。于是谷歌在2012年发布了谷歌眼镜，为增强现实的发展注入了新的活力 。它在AR开发中的作用应该就像脸书的Oculus Rift之于虚拟现实 。2014年3月26日，脸书宣布收购沉浸式虚拟现实技术公司Oculus VR，总价约20亿美元 。这一事件极大地推动了虚拟现实的发展 。
同样，谷歌等商业巨头对AR的介入，也必将对AR产生巨大的作用 。虽然后来GoogleGlass停产了，但是它的作用还是不可忽视的 。此后，更多的公司推出了自己的光学增强现实眼镜，其中最著名的是微软Hololens和Maigc Leap 。

三
增强现实研究的内容分解
1.显示技术
近眼式显示设备近眼显示设备主要是指头盔显示器 。头盔显示器主要分为两种：光学透射式头盔显示器和视频透射式头盔显示器 。当然如果按照显示器件数量，也可以划分为单目头盔显示器和双目头盔显示器 。这里主要讨论光学式（左）和视频式（右）的区别 。光学透射式头盔显示器是直接透射外界的光线，并且反射微投影器件产生的虚拟图像到人眼中，达到虚实融合的效果 。优点是可以保证正确的视点和清晰的背景，缺点是虚拟信息和真实信息融合度低，且人眼标定比较复杂 。目前市面上典型的光学透射式头盔显示器有Hololens和Meta2等 。而视频透射式头盔显示器，是将固定在头盔上的摄像头所捕获的图像，通过视点偏移来显示到眼前的显示器上 。优点是虚实融合效果好，无需标定人眼，缺点是视点难以完全补偿到正确的位置，且与镜片范围外的环境不能完美衔接 。将上面的光学透射式头盔显示器，加上摄像头，并且把带有增强信息的视频直接全屏显示，就成为了视频透射式设备了 。很巧的是，很多光学透射式设备，确实在其上加装了这种摄像头，但是它们的本意是用摄像头来作为跟踪模块的 。手持式显示设备手持式显示设备，顾名思义就是拿在手上的显示设备 。最常见的就是我们的智能手机和平板电脑 。这类设备具有很好的便携性，是一种天然的AR设备 。它们有摄像头作为图像输入设备，有自带的处理器，有显示单元，具备了进行AR开发的所有条件 。在目前市面上，很多增强现实APP都是围绕这类设备开发的 。固定式显示设备桌面级显示器，这是我们日常生活中最常见的一类显示器了 。给它添加一个网络摄像头，就可以完成AR任务了 。该摄像头可以捕捉空间中的图像，然后估计摄像头的位置和姿态，最后计算生成虚拟信息，并进行虚实融合，输出到桌面显示器上 。这类设备适合做一些科研类的开发，对于商业应用显得有些笨重，比起手机和平板来说稍逊一筹 。虚拟镜子，这是利用摄像头对着人进行拍摄，然后输出到一个类似于镜子的大型显示器上，给人一种照镜子的感觉 。同时，还可以进行虚拟换装，或者添加一些虚拟物件，达到AR效果 。还有一些固定显示器，类似于雾幕、水幕、全息膜等，在上面投影出增强信息，可以实现AR效果 。投影式显示设备投影机是一种重要的虚拟现实和增强现实设备 。最常见的基于投影的增强现实系统是在展会上的各种绚丽的投影展品，包括虚拟地球、汽车表面投影等 。这类系统属于空间增强现实系统 。另外，柱幕、球幕、环幕投影也可以归为基于投影的空间增强现实 。投影机还可以用于构建CAVE系统 。手持式投影机结合图像捕捉设备，还可以建立动态的空间增强现实系统 。


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