2016-07-04 10:00:46

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增强现实(Augmented Reality,简称 AR),是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术,这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。这种技术由1990年提出。随着随身电子产品运算能力的提升,预期增强现实的用途将会越来越广。

基本信息

  • 书名

    增强现实:必知必会的工具与方法

  • 作者

    (美)Tony Mullen

  • 原版名称

    Prototyping Augmented Reality

  • 译者

    徐学磊

  • ISBN

    978-7-111-43298-2

  • 页数

    224

  • 定价

    59.00

  • 出版社

    机械工业出版社

  • 装帧

    平装

  • 开本

    186x260

折叠 编辑本段 简介

增强现实是近年来国外众多知名大学和研究机构的研究热点之一。AR技术不仅在与VR技术相类似的应用领域,诸如尖端武器、飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐与艺术等领域具有广泛的应用,

增强现实增强现实

增强现实

而且由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性,在医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域,具有比VR技术更加明显的优势。

增强现实(AR),也被称之为混合现实。它通过电脑技术,将虚拟的信息应用到真实世界,真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。增强现实提供了在一般情况下,不同于人类可以感知的信息。它不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来,两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中,用户利用头盔显示器,把真实世界与电脑图形多重合成在一起,便可以看到真实的世界围绕着它。

增强现实借助计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象,并通过传感技术将虚拟对象准确"放置"在真实环境中,借助显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体,并呈现给使用者一个感官效果真实的新环境。因此增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维注册的新特点。

折叠 编辑本段 定义

增强现实(Augmented Reality,简称AR),也被称为扩增现实(台湾)。

定义:把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过科学技术模拟仿真后再叠加到现实世界被人类感官所感知,从而达到超越现实的感官体验,这种技术叫做增强现实技术,简称AR技术.

折叠 编辑本段 应用领域

* 医疗领域:医生可以利用增强现实技术,轻易地进行手术部位的精确定位。* 军事领域:部队可以利用增强

生活中的AR生活中的AR

生活中的AR

现实技术,进行方位的识别,获得目前所在地点的地理数据等重要军事数据。

* 古迹复原和数字化文化遗产保护:文化古迹的信息以增强现实的方式提供给参观者,用户不仅可以通过HMD看到古迹的文字解说,还能看到遗址上残缺部分的虚拟重构。

* 工业维修领域:通过头盔式显示器将多种辅助信息显示给用户,包括虚拟仪表的面板、被维修设备的内部结构、被维修设备零件图等。

* 网络视频通讯领域:该系统使用增强现实和人脸跟踪技术,在通话的同时在通话者的面部实时叠加一些如帽子、眼镜等虚拟物体,在很大程度上提高了视频对话的趣味性。

* 电视转播领域:通过增强现实技术可以在转播体育比赛的时候实时的将辅助信息叠加到画面中,使得观众可以得到更多的信息。

* 娱乐、游戏领域:增强现实游戏可以让位于全球不同地点的玩家,共同进入一个真实的自然场景,以虚拟替身的形式,进行网络对战。

* 旅游、展览领域:人们在浏览、参观的同时,通过增强现实技术将接收到途经建筑的相关资料,观看展品的相关数据资料。

* 市政建设规划:采用增强现实技术将规划效果叠加真实场景中以直接获得规划的效果。

国内比较权威的增强现实学者是北京理工大学 光电工程系的王涌天教授

国内首次将这项技术应用到普通生活中,是在苹果的AppStore上发布的一款免费的叫作出行百科(增强现实版)XINGWIKI的软件。

记事帖,人们希望将来可以很方便的在不同地点获得同样的媒体和信息,并且是跨越不同的设备上获得-从PC到手机,从投影仪到头戴式显示器。怎样能为用户提供一致的和方便易行的方式来让他们和对他们而言很重要的信息和媒体进行交互,看以下的图你就明白了,你所能操作的界面已经不再是那一块小小的电脑屏幕了,而是延伸到了更大的空间里,并且可以依据人们最为简便的方式随意的记录下你某一时刻突然迸发出的灵感。

折叠 编辑本段 发展历史

增强现实显示器将把计算机生成的图形叠加到真实世界中自从二十世纪七十年代早期Pong进入电子游戏厅以

增强现实增强现实

增强现实

来,视频游戏走进我们的生活已经有30多年了。增强现实的新技术,将通过增强我们的所见、所听、所感和所闻,进一步模糊真实世界与计算机所生成的虚拟世界之间的界线。

从虚拟现实(创建身临其境的、计算机生成的环境)和真实世界之间的光谱来看,增强现实更接近真实世界。增强现实将图像、声音、触觉和气味按其存在形式添加到自然世界中。由此可以预见视频游戏会推动增强现实的发展,但是这项技术将不仅仅局限于此,而会有无数种应用。从旅行团到军队的每个人都可以通过此技术将计算机生成的图像放在其视野之内,并从中获益。

增强现实将真正改变我们观察世界的方式。想像您自己行走在或者驱车行驶在路上。通过增强现实显示器(最终看起来像一副普通的眼镜),信息化图像将出现在您的视野之内,并且所播放的声音将与您所看到的景象保持同步。这些增强信息将随时更新,以反映当时大脑的活动。在这篇文章中,我们将了解这项未来技术、其技术构成以及如何使用该技术。

折叠 编辑本段 工作原理

移动式增强现实系统的早期原型增强现实的基本理念是将图像、声音和其他感官增强功能实时添加到真实世界的环境中。听起来十分简单。而且,电视网络通过使用图像实现上述目的不是已经有数十年的历史了吗?的确是这样,但是电视网络所做的只是显示不能随着摄像机移动而进行调整的静态图像。增强现实远比您在电视广播中见到的任何技术都要先进,尽管增强现实的早期版本一开始是出现在通过电视播放的比赛和橄榄球比赛中,例如Racef/x和添加的第一次进攻线,它们都是由SporTVision创造的。这些系统只能显示从一个视角所能看到的图像。下一代增强现实系统将显示能从所有观看者的视角看到的图像。

在各类大学和高新技术企业中,增强现实还处于研发的初级阶段。最终,可能到这个十年结束的时候,我们将看到第一批大量投放市场的增强现实系统。一个研究者将其称为"21世纪的随身听"。增强现实要努力实现的不仅是将图像实时添加到真实的环境中,而且还要更改这些图像以适应用户的头部及眼睛的转动,以便图像始终在用户视角范围内。下面是使增强现实系统正常工作所需的三个组件:

1.头戴式显示器

2.跟踪系统

3.移动计算能力

增强现实的开发人员的目标是将这三个组件集成到一个单元中,放置在用带子绑定的设备中,该设备能以无线方式将信息转播到类似于普通眼镜的显示器上。让我们分别来了解这个系统中的每个组件。

折叠 编辑本段 相关介绍

折叠 头戴式显示器

增强现实显示器仍相当笨重,但开发人员相信他们可以开发出类似眼镜的显示器就像监视器能让我们看到计算机生成的文本和图像一样,头戴式显示器(HMD)可以让我们看到由增强现实系统生成的图像和文本。到目前为止,还没有很多专门为理想中的增强现实系统开发的头戴式显示器。大多数显示器最初都是为虚拟现实而设计的,类似于某种类型的滑雪护目镜。目前有两种基本类型的头戴式显示器。

折叠 光学透视式

视频透视式显示器通过使用连接到护目镜外侧的小型视频摄像机来捕获影像,勾画出佩戴者的周围环境。在显示器的内侧,实时播放视频影像,并且将图像添加到视频上。使用视频摄像机的一个问题是在时间上有较长的延迟,即当观看者转动他的头的时候,影像调整会有延迟。

折叠 透视式显示器

大多数制作光学透视式显示器的企业已经停业。索尼公司生产过一款供某些研究人员使用的透视式显示器,名字叫Glasstron。佐治亚理工学院增强环境实验室主任Blair MacIntyre相信,Microvision的虚拟视网膜显示器(Virtual Retinal Display)最有希望成为未来的增强现实系统。此设备通过迅速移动的光源在纵横两个方向上扫过视网膜,因此实际上是利用光将影像映射到视网膜上。Microvision显示器的问题是目前价格大约在10,000美元左右。MacIntyre表示视网膜扫描显示器之所以有望成为未来的增强现实系统,因为其体积有可能变小。他设想通过在一副外形普通的眼镜侧面安装光源,来将影像投射到视网膜上。

折叠 跟踪系统

Hiball跟踪系统使用光学感应设备和内嵌LED的天花板跟踪小范围内的移动增强现实开发人员面临的最大挑战是需要知道用户相对于其周围的环境所处的位置。另外还有跟踪用户的眼睛和头部转动的问题。所以跟踪系统必须能识别这些运动,并且映射出与用户在任何特定时刻看到的真实世界相关的图像。限于当前的跟踪技术,目前的视频透视式显示器和光学透视式显示器通常在叠加的内容上都会有延迟。

增强现实要发挥其最大潜力,就必须在室外和室内都可以使用。目前,可用于大范围开放区域的最佳跟踪技术是全球定位系统(GPS)。但是,GPS接收器的精确度大致为10到30米,一般而言这个精确度还算不错,但是对于需要以毫米或更小单位来度量精确度的增强现实系统来说却不够好。如果映射的图像与您实际看到的事物距离大约10到30米,则增强现实系统就没有什么价值了。

有一些方法可以提高跟踪精确度。例如,军队使用的多重GPS信号。还有差分GPS,这种方法使用在已经过测量的区域。然后,系统会用带有天线的、能非常精确地知道其位置的GPS接收器,来跟踪您在该区域内的位置。这使用户可以确切地知道他们的GPS接收器有多么不准确,从而可以相应地调整增强现实系统。差分GPS可以达到分米级别的精确度。而正在开发中的一种更为精确的实时动态GPS甚至可以达到厘米级别的精确度。

在小空间内进行跟踪比在大空间内要容易。北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员已经开发出了一种非常精确的系统,它可以在大约46平方米的范围内工作。HiBall跟踪系统是由以下两个部分组成的光电跟踪系统:

六个用户佩戴式光学传感器

嵌入在特殊天花板内的红外线发光二极管(LED)

该系统利用已知的LED位置、已知的用户佩戴式光学传感器的几何原理,以及特殊的算法来计算和报告用户的位置和方向。该系统可以解析0.2毫米内的线性移动和0.03度以内的转动。它的更新速率超过1500Hz,延迟保持在大约一毫秒。

折叠 移动计算能力

对于可佩戴增强现实系统,还没有足够的计算能力来创建三维立体图形。因此,研究人员目前正在使用能够从笔记本电脑和个人电脑所获得的各种图形处理能力。笔记本电脑现在刚开始配备图形处理器(GPU)。

东芝刚刚在其笔记本电脑内添加了英伟达GPU,它每秒钟能够处理超过1700万个三角形和2.86亿个像素,从而能够支持需占用大量CPU的程序,如3D游戏。但是笔记本电脑仍然落后许多--英伟达已经开发了定制的300-MHz 3-D图形处理器将用于微软即将推出的Xbox游戏机,它每秒钟可以生成1.5亿个多边形,而且这些多边形比三角形复杂得多。由此可以看出移动图形芯片还有多远的路要走,才能产生在家庭视频游戏系统中看到的那么流畅的图像。

MacIntyre表示实用便携式3D系统至少要到2005年才能上市。他的研究实验室目前使用ThinkPad来驱动移动式增强现实系统。而顶级的ThinkPads则使用16MB的冶天Mobility 128芯片。

折叠 编辑本段 实际应用

一旦研究人员克服了目前所面临的各种挑战,增强现实将很可能遍及我们生活的各个角落。它可能应用到几乎所有行业中,包括:

维修和建设--这很可能是应用增强现实的第一个行业。可以将标记器连接到人们正在施工的特定物体上,

实际应用实际应用

实际应用

然后增强现实系统可以在它上面描绘出图像。这是一个比较简单的增强现实形式,因为系统只需要知道用户相对于他看到的物体所在的位置,而不必跟踪那个人的确切物理位置。

军事--军队数十年来一直在设计使用增强现实。事实上,美国海军研究所已经资助了一些增强现实研究项目。国防先进技术研究计划署(DARPA)已经投资了HMD项目来开发可以配有便携式信息系统的显示器。其理念在于,增强现实系统可以为军队提供关于周边环境的重要信息,例如显示建筑物另一侧的入口,这有点像X射线视觉。增强现实显示器还能突出显示军队的移动,让士兵可以转移到敌人看不到的地方。

即时信息--旅行者和学生可以使用这些系统了解有关特定历史事件的更多信息。想像行走在美国内战的战场上,并且在头戴式增强现实显示器上看到重现的历史事件。它将使您沉浸在历史事件中,有身临其境之感,而且视角将是全景的。

游戏--将视频游戏带到户外会有多酷呢?您可以将游戏映射到周围的真实世界中,并可以真正成为其中的一个角色。澳大利亚的一位研究人员创作了一个将流行的视频游戏Quake和增强现实结合起来的原型游戏。他将一个大学校园的模型放进了游戏软件中。现在,如果他使用该系统,那么在他绕着校园行走时,就会处于该游戏场景中。

这项技术有数百种可能的应用,其中游戏和娱乐是最显而易见的应用领域。可以给人们提供即时信息的不需要人们参与任何研究的任何系统,在相当多的领域对所有人都是有价值的。增强现实系统可以立即识别出人们看到的事物,并且检索和显示与该景象相关的数据。

折叠 编辑本段 国内的增强现实现状

增强现实增强现实

增强现实

作为新型的人机接口和仿真工具,AR受到的关注日益广泛,并且已经发挥了重要作用,显示出了巨大的潜力。

AR是充分发挥创造力的科学技术,为人类的智能扩展提供了强有力的手段,对生产方式和社会生活产生了巨大的深远的影响。

随着技术的不断发展,其内容也势必将不断增加。而随着输入和输出设备价格的不断下降、视频显示质量的提高以及功能很强大但易于使用的软件的实用化,AR的应用必将日益增长。AR技术在人工智能、CAD、图形仿真、虚拟通讯、遥感、娱乐、模拟训练等许多领域带来了革命性的变化。

总体来讲,增强现实在中国处于起步阶段,现在许多虚拟现实领域的企业已经开始专注于"增强现实"的研发和应用。比如中视典数字科技研发的VRP12.0就集成了增强现实的功能。

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