增强现实（AR）：现状、挑战及产学研一体化展望

王培霖　梁奥龄　罗柯　高巍　周志颖

摘要：随着科技的进步，增强现实（AR）技术逐渐成为一个在教育行业越来越成熟且具有巨大潜力的新技术，增强现实与教育的结合使得书本中抽象的内容具体化、形象化，打破了传统教育模式的局限，给教育行业发展提供了新的机遇和途径。但消费市场热度和用户接受度仍然不够，其产品的用户体验方面还存在一定问题。该文纵观增强现实的历史发展、现状问题和未来趋势，希望通过增强现出版物的方式，节省更改原始纸质图书的成本，将AR技术更好地应用到教育领域帮助学生学习和理解传统教育难以解释的各种抽象概念，实现以最自然有效的方法让孩子们快乐学习，真正走进校园充分发挥AR技术的附加价值。

关键词：增强现实；混合现实；虚拟现实

一、什么是增强现实

術语增强现实（Augmented Reality，以下简称“AR”）在早期被研究员们定义了很多不同的意思，1990年波音公司的员工Tom Caudell首次提出“Augmented Reality”一词，1994年Milgram，Takemura，Utsumi和Kishino将AR定义为两种不同的概念：广义概念和狭义概念。在广义概念中，AR被定义为“用模拟线索增强自然场景并反馈给操作者”，狭义概念中则将AR定义为“是一种参与者戴着透明的头盔显示器以清晰看到真实世界的虚拟现实的形式”。1997年Azuma等研究人员认为AR应该包含三个准则：虚实结合、实时交互和三维注册，2004年HSllerer和Feiner、2003年Kaufmann、2008年Zhou、Duh和Billinghurst也提出了类似的定义。而2008年Klopfer和Squire还给了AR更广泛的定义，他们认为这是一种真实世界被动态叠加上相关位置或虚拟信息的一种场景技术。2011年Martin等人给出了一个不具包容性的定义：AR是合并从一个摄像头流出的图像与视频信息的系统，2011年Sayed，Zayed和Sharawy将AR描述为通过增加真实生活中丢失的信息来将虚拟物体加入真实场景中的一种技术。大众普遍接受1994年Milgram等人的“米尔格拉姆真实虚拟连续集”定义，这是一种从完全真实的环境到完全虚拟环境的模式，这个连续集中真实环境与虚拟环境之间的空间被称为混合现实（即Mixed Reality，简称MR）。

二、增强现实的现状

（一）背景概述

一直以来，人们熟知的教育场景都是老师提前安排好教学进度，上课时站在讲台上用书写黑板的方式为学生传授知识，学生的教科书和作业等都是纸质的。虽然这种静态的教学方式长期被人们习惯和接受，但随着科技的进步，人们教育的创新提出了更高的要求，因此研究人员和教育界学者希望可以通过科技改进教师的教学环境和学生的学习过程，使学习更加高效。

2007年Teoh和Neo研究发现受试者认为听演讲者在讲台上讲课是一件十分无聊的事情，2012年Phang等人调查发现，想要学习理工类学科的学生不足60%，因为这类学科难度大学生容易提不起学习兴趣，而受试者认为技术的整合将有助于学习理工类知识。如2010年Chien等人调查发现AR能让学生更有动力地学习。2012年Ruth Geer和TrudyAnn Sweeney发现学生非常喜欢这些通过做游戏或者播放动画等方式来学习。

还有人认为在教学过程中应该为学生提供相关的学科环境并努力使课堂活动更有趣，因为学生们会更愿意用交互的方式学习。女12002年Kiyokawa发现用AR技术生成虚拟图像来教学的方式比传统的使用黑板教学的方式更加自然，2007年Kozhevnikov和Thornton研究发现通过呈现丰富的可视化图像并让学生动手控制这些图像能够培养他们的形象化思维，这些可以用可视化技术实现，即让以前肉眼难以观察的现象被直观呈现出来。如1995年Cynthia F.Copolo和Paul B.Hounshell使用二维和三维的化学模型帮助学生们学习分子结构，实验发现三维模型的学习效果更好。1996年Dede等人发现学生使用虚拟环境可以更好地掌握抽象概念。2001年Wu等人发明了一种帮助学生更好理解化学抽象概念的动画。2004年Stith在教授细胞生物学时使用软件创造了一种酶与底物结合的动画。2008年Robertson等人发现当播放有趣的动画或者当老师的演讲富有吸引力时，学生会更好地理解所学内容。这些都是常见的可视化技术的例子。

目前在教育领域，特别是可视化抽象概念方面有巨大潜力的技术是增强现实技术，AR最早于1990年提出，它可以让使用者与应用进行实时交互，给用户带来较为自然和真实的体验，因此AR是一个很可能对教育行业产生巨大影响的新技术。

（二）AR在教育领域应用的历史

2002年Billinghurst认为AR可以提高学生之间和师生之间的合作，并且可以使学习效率最大化。通过AR技术，用户还可以从3D视角观看学习内容，这可以帮助学生克服难以观察到真实世界或者理解复杂概念的困难。

由于AR是一个相对较新的技术，虽然已经在很多方面有研究，基于教育的研究却很少，直到2000年AR的教育应用才第一次崭露头角。尽管如此，很多研究都已经表明学生们很愿意使用AR技术进行学习，如2008年Klopfer和Squire发现学生对他们虚拟与现实环境结合的经历有很积极的反馈，2011年Burton等人也发现学生对这种可以分享信息和学习新概念的技术感到兴奋。

2006年Sheldon和Hedley发现在受真实环境限制的课程中学生们可以通过AR更好地理解和体验教学内容，之后各阶段的教育也都开始逐步应用AR技术。2008年Coffin等人在物理学领域使用增强视频、视频会议、物理跟踪道具等技术将那些看不见的如加速度、压力等物理量用覆盖图形顶部的物理道具可视化。2009年Dunleavy，Dede和Mitchell设计了一款名叫“接触外星人”的AR手机游戏，学生通过采访虚拟角色、采集数字信息等方式找出外星人登陆地球的原因。游戏过程中他们可以学到各种知识，具有很高的学生参与度。2011年Serion，Ibanez和Kloos在西班牙马德里的一所中学的视觉艺术课程中研究了AR对学生学习动力的影响，参与者表现出很大的热情和接受度。2012年Xie使用通过温度传感器和压力传感器输入的AR技术让学生用现实世界中的物体仿真和模拟一些科学现象。

类似的案例还有很多，但是国内的AR几乎是从2012年才开始发展，教育领域的应用则更少。不过近几年类似的VR技术（虚拟现实即VirtualReality，以下简称“VR”）在国内发展比较迅速，AR也随之兴起，出现了一些教育方面的新产品。

（三）AR发展现状简述

经过几十年的发展，AR在技术上已经越来越成熟，在一些电影和动漫中，我们可以看到曾是幻想式的科技场景如今因为AR技术的出现变得不再不可能，如名侦探柯南的眼镜可以获取实景信息并帮助人物分析现场情况。电影钢铁侠中，主角头盔投影出来的影像和在实验室中对各种虚幻投影的拉伸旋转等操作，都是AR技术应用的体现。现实生活中，AR技术在医疗、建筑、汽修、教育等领域也都有了一些應用产品，且其数量和种类逐年增长。

全世界众多互联网巨头都已经加入到了AR/VR领域的竞争中，2014年3月，Facebook宣布以20亿美金收购VR技术的领头羊公司Oculus。Facebook创始人扎克伯格这样评价：Oculus将有机会创造新的社交平台，改变人们工作、娱乐和交流的方式。之后苹果、微软、谷歌等国际大公司也都纷纷加入进来。苹果先后收购了Metatio、FaceShifl、PrimeSense以及Flybv Media等多家AR企业，展示了其在AR/VR领域一展宏图的决心。苹果此次推出的新款产品iPhone7 Plus首次配备了双摄像头，让设备变得像人的双眼一样，可以获取相机捕获的图像深度等信息（景深），使计算机视觉中能够提供更强的约束以更精准地捕捉前景背景，捕获深度后的AR三维交互更加准确，用户体验也更上一层楼。

2012年4月谷歌曾推出AR眼镜Google Glass，在眼镜上配备摄像头和微处理器，可以增强人们对环境的认知。2014年谷歌的增强现实项目Tango让安卓手机通过摄像头获取环境的景深等信息，并在分析后三维重现周围的环境。2015年1月，微软发布了一款混合现实头戴式显示器HoloLens，通过全息影像为用户提供沉浸式的体验，是可穿戴设备与AR技术的完美结合。

2016年则是AR技术飞速发展的一年，其强大的功能和应用前景让AR成为新一代技术中最被看好的一颗明星。最近几年VR/AR市场正在快速拓展，但是要让AR如同手机电脑一样真正融人人们的生活还有很长的路要走。

三、增强现实面临的挑战

（一）AR技术在教育产品的概述

AR的技术特点与其在教育方面的应用需求十分契合。AR技术用多种媒体呈现教学内容，将文字、图片、视频、动画等一系列技术手段融合进来，吸引学生的注意力，提升他们的学习兴趣，让他们积极主动地参与到教学活动中。AR技术还给学生提供了同时使用多种感官如眼、耳、手相结合的全方位式的互动体验，使学生可以在互动过程中对教材的知识内容进行理解和探究。加上中国庞大的教育市场，政府和家长对孩子教育的投入，使AR在国内教育行业的应用有着巨大的发展潜力。国外已经进行了较长时间的AR技术研究，大量国外研究员的调查研究也显示出AR技术与教育相结合确实能提高学生的学习兴趣和效果，并且已经有了一些应用于教育领域较好的AR产品。相比之下国内的AR市场起步较晚，但是也取得了一些不错的成果。

国内AR在教育领域取得的成果大多是针对青少年和儿童早教的。AR技术对传统教育行业的改革是颠覆性的，中国的传统教育是在大课堂内，教师对学生进行近乎“填鸭式”的教育，通过讲解枯燥的文字、图片给学生传播知识，这样的教学方式单调，尤其对于在学习方面不那么有天赋的学生来说不易理解，即使理解之后也容易忘记，教学效果并不理想。而AR技术具有三维注册、实时交互、虚实结合的特点，和将虚拟的三维物体和场景叠加到现实世界中的特性，可以极大地增强老师和学生的教学体验，使传统教学中抽象的概念变成立体生动的模型，对学生理解抽象知识有较大的帮助，理解之后能提升成就感，进一步提高学生自身的学习意愿。纸质书本中描述的自然地理地貌、人文建筑、历史事件和一些抽象的物理化学概念等都可以通过AR技术活灵活现展现在学生面前。比如学生在学习地球自转，和地球围绕太阳公转产生日夜更替现象时，运用AR技术将三维抽象的场景呈现在课堂上，可以使老师的教学更加生动、形象、具体。学生在听老师的讲解和观察AR模型运动的同时还可以自己操作3D模型，以更好地理解日夜交替的原理。2005年一组研究员在英国伦敦开展了一次类似的研究，一名老师和一组十岁左右的学生使用地球自转公转的虚拟动画来帮助理解日夜之间的更替，结果显示学生的参与度明显提高。国内的AR应用“视+AR”中也有一款类似的太阳系运转模型。国内也已经有一些较为成熟的针对青少年和儿童教学的AR软件和AR出版物，这些产品应用在教育领域的主要形式大致分为以下几种：

1.4D认知卡

2015年7月18日，由梦想人科技推出的一款具有革命性意义的儿童教育产品“4D认知卡”在北京展览馆4号馆正式亮相，这是国内第一款跟出版社合作的增强现实教育产品。4D认知卡是AR技术应用最简单的一种形式，它的出现可以说是AR技术在幼儿教育上的完美运用。每一张认知卡片对应一个4D动画，利用AR软件对卡片进行扫描，就会出现立体的动画模型，并且可以对模型进行旋转、拉伸等操作，360度全方位地对模型进行学习，让孩子通过一个简单的手持设备体验奇妙的世界。还比如在梦想人科技的主营产品“4D书城”里就有一款观看火箭发射过程的认知卡，通过扫描卡片，设备屏幕上出现火箭模型，起飞后能清楚得看到整个过程中火箭的逐级脱落，在火箭飞向高空时，需要用户抬起手机跟随向上移动追踪火箭模型，整个过程十分真实有趣。

2.AR图书

AR图书可以让书本中的内容“跳”出来，日本的“东京书籍”就有针对教科书开发的AR应用。在学习立体几何时，直接扫描书本就可以看到三维的立体图形，弥补了部分学生因缺乏空间想象能力而难以理解所学内容的弱势。英语和化学等教科书也可以同样的运用AR技术把书中的内容用三维模型呈现出来。在国内，也有了很多针对青少年儿童的图书。对于童话故事类的书本，通过AR技术可以将文字阐述的故事用动画的形式活灵活现地表现出来。

2014年国内有了第一款AR图书《西游记的故事》——黑熊怪。在2016年7月举行的第26届全国书博会上也看到了很多国内出版的AR图书。由天地出版社出版的三部AR图书“拍拍乐创意童书”《谁是我的公主》《倒霉的普鲁鲁斯》《土豆鞋匠的奇幻旅行》，“拍拍乐创意童书”是2014年从西班牙引进的，只需用手机或平板电脑下载相关APP并扫描图书，书里的三维动画人物就从书里“跳”出来了，并在设备中自己动了起来。

吉林电子音像出版社也带来了自己的“立体派”融媒体系列图书，其中就有以宇宙、恐龙为主题的“太空第一课”和“恐龙时代”等AR图书。AR图书还可以很好地运用在中小学课堂教学领域，可以提供很好的虚拟世界与现实世界相结合的教学体验。而将AR技术用于中小学教材的做法成本较低，因为不需要对现有的中小学教材进行其他的改变。学生只需要运用一台有摄像头的移动设备就可以进行很好的AR体验。

同样以“4D书城”中人教版六年级英语教材的扫描版为例，该教材在书本中添加AR注释，学生在课下通过点击注释的标识就可以听到标准的英语原文阅读语音，这样一个手机就解决了受课堂时间限制不能多听语音材料，课下只能购买磁带或用随身听播放的麻烦。学生还可以通过点击，自己在教材上添加文本、语音、图片等注释，提高学生自己的创造能力，让学生在课下也有很好的学习体验。

3.AR游戏

通过游戏学习，可以在学习上提升学生的协作、交流、创造和想象能力。通过AR技术可以把游戏变成适合学生使用的学习工具，寓教于乐，把在从前平面的纸板上进行的游戏数字化、立体化。AR游戏可以用于物理、化学、历史、艺术等各类学科的课堂。走出课堂，在户外学生也可以运用AR学习。

2009年Ardito、Buono等人发明了一款叫做“探索”的移动AR游戏，它可以帮助学生探索意大利的名胜古迹，每组为3-5个中学生，一组成员拥有两个手机和一张纸质考古地图，游戏要求学生通过手机中给的线索发现某个考古地点，通过AR技术的学生可以看到这些地方原本可能长成什么样子。2011年，谷歌推出过一款搭载在安卓平台上的手机AR游戏“蝶千寻”（Google Butterfly），这是一款基于地理位置的通过摄像头在不同地域捕捉到不同蝴蝶的游戏，所有的蝴蝶都3D的方式呈现在手机屏幕上。该游戏涵盖了中国目前已知的1805只蝴蝶，即使只翻看目录，都可以从游戏中学到不少关于蝴蝶的知识。国内也有过自主独立开发的AR游戏，但迄今为止还没有将它应用到教育上的具体案例。

在2015年推出的一款叫做《行界：零》的游戏中，其背景被设定为世界末日爆炸后所有物体散开了，玩家需要走到户外，根据游戏中的指示，去寻找隐藏在周围的遗迹，还原所有的物品，拯救世界。这是一款同《Pokemon Go》一样基于LBS玩法（基于地理位置的服务）的游戏。今年7月在《Pokemon Go》风靡全球过后，《行界：零》这款国产游戏受到了玩家的關注，一度在一天内增加15万新用户。

4.AR建模

利用AR技术可以展示三维立体物体和场景的特点，还可以对高等教育的内容做出贡献，如对医学、电气、机械、天文、地理、农学、建筑等教学场景中一些难以用文字、图片和视频表达，学生不易理解的内容建立三维模型。学生通过对三维模型的旋转和移动，可以形象地了解所学内容的结构原理，打破传统课堂的限制。老师也可以通过AR技术向学生展示一些不易表达的内容。2007年Hedegaard使用基于视觉的3D跟踪技术和交互特征技术，将AR系统用在医学教育领域中的心电图学习上，通过使用病人心脏的3D模型来拓展医学生对心肌疾病的空间想象能力。2014年一个西班牙团队研究了用AR技术建模来教授人类历史学的可能性，参与者们认为效果非常好，他们都能理解和回忆起大部分的历史事件。国内也有对这一方向的探索，2013年中国矿业大学出版社推出名为《采掘机械与液压传动》的教材，这是国内首部采用AR纸数互动移动阅读技术的出版物。2015年北京交通大学出版社也推出了《电力机车制动机》M+BOOK版，读者只需用相应的软件扫描教材中的机车图形，就可以观察电力机车的立体结构图，还可以触摸、拆分、组装各个部件。

（二）现阶段AR产品的潜在问题

1.消费者市场尚未打开且新鲜感持续性不足

上文中提到了AR的诸多应用和好处，然而现实生活中，AR产品似乎并没有流行起来，这是为什么呢？相对于VR而言，AR技术在商品化被民众认知接受的过程中动作更快。2010年前后，索尼、任天堂等公司都曾推出过具备AR属性的掌上游戏机，遗憾的是，AR游戏虽然新鲜劲十足，但对比用户使用VR时完全沉浸式的体验，AR对环境的改变并不彻底。加上掌上游戏机提供的AR游戏偏向小品类型且面向过于小众，以及销售价格较高等因素，AR技术在游戏领域并没有取得全面的突破和用户的认可。

今年7月任天堂推出的AR游戏《Pokemon Go》使成千上万的人走上街头，体验了一把捕捉属于自己的小精灵的乐趣。该游戏推出后短短90天内就获得了6亿美元的收入，成为了历史上最快突破这一收入大关的游戏。然而看似前景一片大好的《Pokemon Go》似乎还没有达到顶峰就迅速迎来了滑坡。7月高峰期过后这款游戏开始不断流失付费用户，仅仅一个月用户量就从4500万降到了3000万，可见人们对这款游的新鲜感已经迅速消退。时至今日，因为各式各样的问题，包括中国在内的大部分地区还没有开放该款游戏。将AR技术应用到游戏上并不难，真正的难点在于如何将技术与创新、耐玩相结合，得到广大用户的认可，打开AR游戏的市场。

现阶段的AR教育产品也存在着一些问题，经过用户体验后的反馈分析发现，诸如AR图书这类的产品的确能给课堂教学带来极大的帮助，但AR图书的阅读体验并不够友好，在使用AR阅读图书时，获取信息的过程不太方便。虽然大多数AR应用的使用步骤很简单，但在使用这些应用阅读图书的过程中，上传图片、识别文本并重现注释等步骤因为受到算法和网速的限制会比较花时间，而光照等环境因素的变化也可能会给摄像头对文本的识别带来一些问题。

AR图书与AR游戏一样，给读者带来的新鲜度有限，很多小朋友在一开始使用如4D认知卡这一类的产品观察学习时会觉得十分新奇有趣，但过一段时间过后就很难再保持兴趣用这些产品进行学习。不像VR能够透过近期热门的头戴式虚拟显示装置进行更为真实沉浸式的体验，AR图书与游戏在虚实结合方面，虚拟物体与真实场景的结合在光照及景深方面，倘若处理不够精确细致，则会导致拟真感降低，在用户体验上势必就大打折扣。

2.AR出版物冲击传统教育观念

AR出版物在推广时，其用户接受度并不高。AR产品在现阶段的产品载体主要是移动设备。诸如4D认知卡，AR图书这样的青少年读物必须要在手机、平板电脑上使用。如果阅读AR图书的时间过长会对孩子的视力造成一定的影响。家长是否愿意花钱来购买这类产品，让孩子长时间的在电子设备屏幕前学习是AR出版物能否得到大范围推广的关键，国内较为传统的家长亦对于孩子使用手机及平版电脑能否达到更有效的学习效果秉持疑问的态度。对TAR出版物在课堂上的使用，教师和学生能否适应使用AR技术进行教学，也是一个巨大的挑战。AR出版物要想得到大范围推广，实现走进课堂的最终目标，还有很长的一段路要走。

大部分的传统行业进行创新改革的意愿与积极性都较低，因为每年靠着现有的技术和产品就能带来可观且稳定的收入。对于传统的纸质图书行业来说，每年青少年儿童读物的销售都是能够得到保证的，学生教材这样的产品更是不用担心销量，将AR技术使用到图书上进而提升书本的附加价值，相较之下就显得必要性不足。所以大部分的出版社对于投入时间和精力去进行创新的意愿普遍偏低。

3.国内业界发展尚处于起步阶段

AR在国外的应用已经十分广泛，国内应用的数量也在增加，但仍然难以打开国内消费者市场，受关注度不高，无法形成完整的产业链。从一份来自易观国际的研究报告中可以看出，中国的增强现实企业主要分为四种公司：生态级增强现实公司、增强现实软件公司、增强现实硬件公司和增强现实衍生品公司。

其中增强现实硬件公司是产业链中非常重要的一环，因为软件的技术需要基于高要求的硬件才能制造完美的用户体验，但是最近几年才逐步在国内增加，最知名的为百度和联想，其余10多家均为中小型初创公司。AR眼镜是AR硬件产品中在国内较为成熟但还没有量产的一款产品。

AR软件公司是市场中的主要环节，数量最多，约有100多家，可以分为AR底层技术公司和AR应用开发公司，其中的底层技术公司具有开发AR应用开发软件工具的能力，与国外开发软件工具不同的是它们具有中文操作界面、多平台适用等，但在图像识别、跟踪、人机交互和云服务技术等方面尚不够成熟。

中国的AR衍生品公司较多，它们以业务为主生产衍生产品，但由于其中的实体卡片容易被模仿，技术成本低，竞争较为激烈，企业之间容易发生價格战，此外这些实体载体的发行和销售渠道也较少。国内生态级AR公司很少，因为需要可以将AR硬件、软件技术较好结合，并整合各类产业链资源，可以控制国际化产业链。

4.增强现实技术受限

现在移动端的硬件条件与之前相比有了较大的进步，渲染和显示已经能做到实时交互。机器耗电、发烫等问题虽然也在优化、改善，但硬件规格限制等原因，移动设备电池续航时间还是较短的，最多只能连续使用三到四个小时。国内AR硬件技术较为落后，仍处于初级发展阶段，包括成像、输入输出方式等，开发周期较长。多数公司在做软件，AR产业需要公司具有软硬件均可开发的能力，而软硬件配套设施不成熟。AR产业缺乏足够好的操作系统，最早的VR厂商Oculus Rift虚拟现实头盔不支持OS X操作系统，当时苹果没有图形处理能力足够高的计算机，现在苹果的显卡仍不能满足Rift建议的配置，而且Rift要求操作系统应该为Windows 7及以上版本的操作系统。市场统计机构Gartner的数据表明现在全球市场上能满足VR/AR设备所需的处理器数量不到1%，此外AR还需要很好的显示技术和感知技术，对芯片的运算能力和图像处理能力的要求很高，需要配置高端显卡。因此如此高配置的PC机成本必然不低，限制了AR市场的推广。

全球许多公司具有自己开源的增强现实SDK，但所有权多数在国外，比如Wikitude SDK、高通公司卖给PTC美国参数技术公司的Vuforia SDK。这些公司经营时间久，底蕴较为深厚，庞大的用户量也给他们提供了足够的反馈及数据分析，能够进行进一步的优化和改善。而国内拥有自己SDK的公司还是少数，目前有由上海视辰信息科技有限公司开发的EasyAR SDK和由亮风台信息科技公司开发的HiAR SDK等，但是这些国内的AR公司与国外的大公司相比还有差距，要追上国际顶尖水平还是一个巨大的挑战。而且SDK即使是开源的，其License通常在使用上也有较多限制，比如说这些条款中皆有可无责随时收回使用权限的权力并无须先行告知，在使用上的风险相对高了不少也容易对用户造成困扰。

不过国内目前有少量应用可以在一定程度上解决上述三方面问题，如梦想人科技公司研发的“4D书城”APP，其中有百科AR卡、4D故事绘本和一些VR的儿童教育内容，还有出版了上千本包含教辅、教材、童话和成语故事等各类AR电子图书，并将在未来不断推陈出新，满足消费者对产品新鲜感的要求。国内公司中接近生态级增强现实公司标准的公司有：塔普制造、亮风台科技、央数文化，增强现实底层技术公司如梦想人科技公司有一套自己的SDK和AR出版物平台以供用户阅览和出版方制作图书，其开发的梦想编辑器可以运用模板快速直接制作所需的应用，可以满足消费者希望自己制作应用的需求。

5.挑战教育界整体认知方式

现在有些AR技术还不够成熟，尤其是在人机交互接口方面仍然多数局限于手机触屏、电脑鼠标、键盘等输入方式，让老师和学生用起来觉得不够“过瘾”，而且老师想要加入完全属于自己想法的3D模型仍然受到技术上的约束。

但这些只是时间问题，如果未来远程教育应用成熟了，学校和传统的教室还有必要存在吗？这对教育无疑是一个极大的冲击，而且教育经济预算和教学成本将发生很大改变。比如2002年Billinghurst，Cheok，Prince&Kato指出，随着全息投影技术、远程视频会议交互技术的发展，老师和学生会有很多通过3D AR接口进行面对面交流的机会；而且现在整个教育的方式，现在老师和学生之间的交互方式都毫无疑问将会经历一个巨大的变化，这会改变人们对于传统教学的观念，需要一段时间去适应和接受，人们还可能会担心当技术使用过多时可能会带来一些负面影响如由于过度依赖技术导致孩子们与人交流的时间减少等。

当AR全方位进入人们生活的时候，AR技术还可以让人们随时随地按照自己的想法和进度进行学习，事实上，人们甚至都已经不在需要真正意义上去把一门学科学习地很精了，因为AR技术将使得任何需要学习的东西变得无比容易。老师的意义也变得更广泛，不止局限于在课堂上讲课的老师和教授，而是任何领域的技术人员或者专业人士都可以变成老师通过AR技术传授知识。

四、增强现实产学研一体化的展望

（一）需求增长

虽然市面上已有些不错的AR教育产品，也在国内外有所推广，但是仍然有很多地方可以改进，尤其对于用户来说，使用最自然最方便最舒适的方式进行教学和学习是每个人都梦寐以求的，而且解放双手是人类科技发展的趋势之一。比如现在多数教育类AR产品还局限于移动端的APP或者投影仪投射3D模型，最终显示出来仍然是在二维平面上，比如现在学生还只能在手机屏幕等二维平面上看到三维模型，还不能在任意空间中自由呈现，未来将使用平台改为全息投影方式可能給用户带来更直观的体验，与VR眼镜等可穿戴设备结合起来也是一种发展方向。

现在多数时候人们还需要使用手指点击屏幕来操作模型，未来手势识别技术成熟后，人们将可以通过直接挥动身体任意部位控制各种虚拟物体。此外，目前的教学还不能实现实时的交互，仍然受到教室等空间范围的限制，未来远程教学将可以提供给老师和学生身临其境之感，极大方便不同地域老师与学生之间的学习互动和沟通交流。

（二）技术革新

虽然AR技术近几年在国内才有较大发展，其他国家技术已经相对成熟，但是还是有很多细节方面可以做得更加完善，比如AR技术需要使用图像处理、渲染及跟踪算法等，虽然已经可以应用至正常的真实环境，但是有时候存在由于光线问题而导致的物体阴影、物体运动在跟踪时仍然存在较大延时或是遮蔽问题、分辨率或是帧数不高时会产生较强烈的抖动及运动模糊等问题，还有较大的优化和改进空间，而程序的鲁棒性、实时性等也同样有待提高。

用户的需求和现阶段技术的边缘也是有冲突的。有些产品即使使用了目前最前沿的AR技术也可能因为达不到用户需求而难以实现商业化，与之相对的有一些新的技术难以找到用武之地而不得不暂时被遗弃，还有一些用户需求只需使用以前的技术就可以实现，无需再投入资金与精力去开发新的技术。如何找到技术与用户需求的契合点也是AR行业需要努力的方向。

此外公司内部各部门之间的沟通协作时容易出现矛盾，导致生产和研发过程效率不高。如梦想人科技公司研发部、产品部、总裁办、综合管理部、风控部、市场部、营销部、数字出版业务拓展部、内容规划部、资源制作组部，每个部门分工细致明确，但这也导致整体连贯性的欠缺，当产品部门设计一个新产品时也许觉得很好，但交给研发部门实现时可能发现某项技术至今仍存在较大问题，没有很好的解决方案，做不到理想的产品状态。而技术人员和用户的需求也往往有很大区别，技术部门通常追求技术上的完美，但也许大多数用户并不会在意这种细节，而用户希望的产品有时候技术也不关心，那些看似与技术并不相关的东西容易被忽略。

梦想人科技初期为国内外200多家公司提供了增强现实行业解决方案，也拥有自己较为完备的SDK软件开发库，但与美国高通公司的Vuforia、德国Metaio等比起来，知名度不够高，功能也存在更多局限。

（三）产业推广

随着技术的发展与成熟，AR可以在未来满足不同用户的定制化需求。如“梦想人”现在的大部分AR产品都是针对青少年儿童的。人机交互界面，图书内容等都是为孩子们量身打造，让他们拥有很好的阅读体验，但是对于成年人来说，这类图书就显得不适合他们使用。所以在未来，针对不同的领域和用户人群，设计AR产品可以像设计衣服一样，根据不同的需求进行不一样的设计。比如对于医疗、汽修、建筑这些行业就可以只针对这类工作的从业者打造最适合他们的简洁明了的操作界面，辅助他们更高效地进行工作。而AR游戏这一类的产品，就可以为了吸引各个年龄阶段的用户打造更为复杂，绚丽的界面，根据不同的需求提供不同的娱乐模式，让所有用户都能有较高的参与度。

将各类AR产品进行标准化从而实现规模化的生产销售是现阶段AR产业正在解决的问题。对AR产品进行标准化是使新技术和新科研成果得到推广应用的基础，是促进技术进步的关键步骤，也是AR产业化的前提条件。随着AR技术的发展，AR产品的社会化程度越来越高，生产规模越来越大，对技术要求也越来越复杂，公司内各部门的分工越来越细，各个公司之间的交流合作也会越来越多，所以必须要制定和使用统一的标准，对行业进行规范和统一，保证产品的生产和行业的发展正常进行。