亦真亦幻——浅谈日渐兴起的现实增强技术

孙瑀阳+苏晴

【摘要】作为日渐兴起的新型媒体表现形式，现实增强技术有着巨大的潜力和无可比拟的良好体验。作为即将改变人类日常生活的新技术，AR也在朝着多领域和多元化的方向发展。本文简单简述了AR技术的概念和应用领域，使读者对现实增强技术有一个初步的认识和了解。

【关键词】AR；现实增强系统

增强现实技术，也称扩增现实技术，简称AR，是一种可以“无缝”衔接虚拟世界信息和真实世界信息的新兴技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内的很难体验到的实体信息（视觉信息，声音，味道，触觉等）通过电脑等科学技术，模拟仿真后再进行合成叠加，将虚拟的信息拼接到真实世界，让真实的环境和虚拟的物品实时地叠加到同一个画面或空间，从而被人类感官所感知，达到超越现实的感官体验。

在视觉化的增强现实中，用户可以通过手机，显示器，电视等设备，把真是世界与电脑图形多重合成在一起，便能体验到AR技术的魅力所在。AR主要包括多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。

一个完整的AR系统，需要一组实时工作，紧密相连的硬件与相关软件协同完成实现，在日积月累的发展中，形成了以下三种组成形式：

1.Monitor-Based增强现实系统

在基于计算机显示器的增强现实实现方案中，Monitor-Based增强现实系统通过摄像机抓取真是世界的图像输入到计算机中，并将其与计算机图形系统产生的虚拟景象进行合成，最终输出到屏幕显示器上。用户从屏幕上看到最终的增强场景图像。Monitor-Based增强现实系统。Monitor-Based增强现实系统的实现虽然简单，但最终的呈现方式却与传统的媒体形式相差不大，所以Monitor-Based增强现实系统并不会给用户带来沉浸感。

2.透视式增强现实系统

在VR领域中头盔式现实器HMD被广泛应用，虚拟现实的开发者们用HMD来增强用户体验时的沉浸感。与VR类似，AR的开发者们也使用了类似的技术，那就是在AR技术中广泛使用的穿透式HMD。开发者根据具体实现的原理不同，又将穿透式HMD分为两类：基于光学原理的穿透式HMD（Optical See-through HMD）和基于视频合成技术的穿透式HMD（Video See-through HMD），两种穿透式增强系统又有各自的特点。

光学透视式增强现实系统具有简单、分辨率高、视觉偏差小等优点，但相对的，光学透视式增强现实系统对定位的精度要求高、对延迟匹配较难，视野也与传统的HMD相比较窄，价格也是十分的昂贵。

与把用户的意识带到虚拟世界的VR不同，AR带给用户的视觉体验不一定都是虚幻的，用户看到的场景会有真实的部分和虚拟的部分。AR技术将虚拟的信息整合到现实的空间中，在将其输出，最终用户看到的就是现实与虚拟的完美结合。AR技术不会导致用户现实感的丧失，同时还能用户的想象具象化，呈现在用户的眼前。

在交互方面，由于AR是现实场景和虚拟场景的结合，所以摄像头就成为AR系统中最基础、最重要的设备。AR技术在摄像头拍摄到的真实的画面基础上，结合虚拟的信息以展示和互动。

而在技术上AR技术应用了很多computer vision技术。AR技术重点强调复原用户的视觉功能，在用户体验的过程中，AR设备会自动跟踪识别物体，而不是让用户自己手动去框选；同时AR技术会自主跟踪并且对周围的场景进行实时的3d建模，而不是开发者打开开发软件，照着构思好的或者真实场景制作一个极为相似的。

AR的应用领域极为广泛，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，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。

在不远的将来，现实增强技术带给我们生活上巨大的影响将成为必然。虽然这种影响产生的变革不会一蹴而就，但其潜移默化的影响将会是无比深刻的。在当代，已经有一些前卫的生活领域出现了增强现实技术。

2013年，AR技术顶上了春晚的舞台，并被广泛使用，从那时起，AR走进了大众的视野，越来越多的人开始了解AR，开始体验AR。其实早在2010年世界杯期间，央视的《豪门盛宴》演播间就曾经使用过AR技术，演播间将世界杯的logo制作成AR的识别图案，将场馆和球员以AR技术展现，让电视机前的观众感受到了AR的魅力所在。

2016年7月，任天堂公司开发的游戏《精灵宝可梦Go》在澳大利亚新西兰区域首发，该游戏就是以定位技术和AR技术相结合，让玩家体验到游戏中“训练师”的真实体验。AR技术将玩家所拍摄的真实场景与虚拟的“怪兽”完美结合在一起，并通过手机屏幕输出，玩家通过屏幕的触控，与“怪兽”和场景进行实时互动。

同时，在网络高度发展的当代，增强现实系统与网絡的结合也成为一个必然的发展趋势。通过云数据的存储和足够快的数据传输速度，开发者完全可以减少增强现实系统的设备，同时在系统的效能也有了大大的提高。除了现在AR的使用平台作为研究的热点外，如何使AR系统的体积减小，能耗降低也是开发者和厂商所不可忽视的一个研究方向。在未来，当AR技术成熟时，将会有更多的人能够体会到AR技术的魅力，具有完善人机交互系统的AR也将成为新时代媒体的主流技术。