增强现实技术及其在各领域的应用现状与发展

江苏电力信息技术有限公司 杨 铭 郭晓川 孔陈祥

增强现实技术及其在各领域的应用现状与发展

江苏电力信息技术有限公司 杨 铭 郭晓川 孔陈祥

在大电网快速发展情况下，电网设备规模不断发展。面对电网设备规模快速增长，外部环境更加复杂的发展趋势，在运维人员数量无法同步增长的情况下，积极探索智能运检技术，是运检专业发展的必由之路。而“增强现实（AR）技术借助光电显示技术、交互技术、多种传感器技术和计算机图形与多媒体技术，将计算机生成的虚拟环境与周围的显示环境融为一体，使用户非常自然的与虚拟及真实事物进行交互。借助增强现实技术可以非常便捷的、高效的获取身边物品的信息，从而提高工作效率。目前此技术发展比较迅速，将此技术应用到运检现场工作中，将有效提升现场作业效率，符合国家电网公司智能运检化的发展方向。

增强现实（AR）技术；智能运检化；教学指导

1.国内外研究水平综述

增强现实技术(AR)起源于20世纪60年代，90年代发展迅速。国外有名的研究机构主要集中在美国麻省理工大学、哥伦比亚大学、日本、德国和新加坡等发达国家的实验室，其研究重心多在人家交互、软硬件基础平台的研发等。随着技术的不断发展，研究逐步从实验室理论转入行业应用阶段。随着微软、谷歌、Facebook、苹果等科技巨头纷纷大举进入AR产业，一些公司已经能够提供成熟的基于移动设备、头戴设备的增强现实技术解决方案。目前代表产品有微软HoloLens及Meta公司的Meta设备。

国内对AR的研究起步较晚，研究机构最初以高校为主，北京理工大学、国防科技大学、华中科技大学等在AR系统的技术及工程应用等方面取得了一些科研成果。从ARinChina的数据可以了解到，目前国内有超过2000个与AR相关的创业公司和团队，开发者数据不断攀升。腾讯、阿里巴巴、BAT及联想等公司也开始涉足该领域。创业公视辰信息科技、亮风台等在移动设备方面的增强现实都可以提供较好的解决方案。

2.增强现实(AR)技术简介

增强现实(AR)技术是一种利用计算机产生的附加信息对使用者所看到的真实世界景象进行增强或扩张的技术。

图1 AR系统结构

一个典型的AR系统结构由虚拟场景生成单元、透射式头盔显示器、头部跟踪设备和交互设备构成。其中虚拟场景生成单元负责虚拟场景的建模、管理、绘制和其它外设的管理；透射式头盔显示器负责显示虚拟和现实融合后的信号；头部跟踪设备跟踪用户视线变化；交互设备用于实现感官信号及环境控制操作信号的输入输出。

首先透射式头盔显示器采集真实场景的视频或者图像，传入后台的处理单元对其进行分析和重构，并结合头部跟踪设备的数据来分析虚拟场景和真实场景的相对位置，实现坐标系的对齐并进行虚拟场景的融合计算；交互设备采集外部控制信号，实现对虚实结合场景的交互操作。系统融合后的信息会实时地显示在头盔显示器中，展现在人的视野中。

3.增强现实技术在多领域应用

增强现实技术在很多领域已经应用，例如工业、建筑、教育、传媒、旅游、医学、娱乐、商业及军事领域，典型应用场景如下：

3.1 远程指导

通过头戴AR设备，现场工作人员将眼前状况实时传送到远方的专家眼前，专家可以给予远程指导。日本航空与野村研究院合作，开发了 App 来远程检查飞机状况。检查时，飞机维护工人头戴AR 设备记录巡视，他们眼前的画面实时传送到日本航空总部的员工那里，总部提出问题并发出指示，而检查清单等指示也可以通过AR 投影出来。

图2 远程指导

3.2 建筑模拟

建筑师们在工地上时眼睛不停地在图纸和建筑之间切换，不仅消耗精力，可能结果还不够准确，AR可以根据设计图稿在已完成部分建筑基础上模拟显示效果。

Bentley Systems能够将3D效果投影到已有建筑物上，帮助建筑师决定增加哪些设计，如何增加以及做出何种改动。另外，AR 还可以显示建筑中隐藏起来的基础设施，比如地下线缆、管道等等，避免施工人员因为失误破坏已有设施。

图3 建筑模拟

3.3 教学指导

AR也将提升教育效果。以消防等灾难教育为例，最早是以纸质媒介告诉大家遇到何种情况应如何应对，再往后是以动画、视频的形式模拟灾难，而AR可以将火情、烟雾投影到大家面前，提供了更加身临其境的交互方式，达到更好的教育效果。

图4 AR教学

3.4 广告/本地信息

用户在到达某个位置时，不必手动输入位置，AR可以根据GPS定位，自动将促销广告、本地生活所需信息投影到用户所到的位置。

Layar Reality Browser是一款应用，兼容iOS和Android系统，根据用户所处位置，将数字信息、本地活动、广告促销投影到现实环境中。

图5 AR广告

3.5 旅行游览

AR 让我们旅行时不止看到眼前的景色、建筑，还能看到相关信息，甚至重塑了某座建筑曾经的样子。如果借助 AR 眼镜能重返20 世纪初的唐顿庄园，应该是很棒的体验。

GeoTravel 拥有海量的旅行资料库，提供 20 种语言、360 篇文章，相当于 2 万本旅行图书。GeoTravel 会识别用户位置，为游客介绍相关背景和当地景点。

图6 AR旅行游览

3.6 医疗健康

医疗行业往往有海量的参考资料，即使是最优秀的医生也没办法把所有资料完全记在大脑中，AR 则可以实时提供各种参考信息。

ARnatomy 是一款 App，可以根据摄像头拍摄的骨头识别出是哪个部位的骨头，并提供骨头之外的信息，比如骨头哪个位置有肌肉。

图7 AR医疗健康

3.7 零售业

在线商店给传统零售业带来了很大冲击，AR 可能能够挽救挣扎中的实体零售业，优化客户体验，让客户获得更加直观的商品效果预览。

图8 宜家AR

3.8 娱乐游戏

游戏应该也是将 AR 推广到大众中间最有趣也是最高效的工具。 此前的游戏是二维的世界，在一方屏幕里面，AR 以其三维立体的特点，为游戏开启了更多的可能。以前玩家完全依靠双手完成游戏，在 AR 游戏世界里，他们可以利用身体的位置移动、转换等等通过游戏关卡（见图9）。

图9 AR游戏

图10 军事领域

3.9 军事领域

AR 对军事领域的影响很大，军事对精确度要求极高，而数字技术驱动的 AR 具有很高的可靠性，将成为军事领域重要的工具（见图10）。

4.增强现实技术在电力行业的应用

目前美国电力研究院与波多黎各的电力公司杜克能源（Duke Energy）合作，测试互动式 3D 眼镜技术公司 Atheer 的眼镜式增强现实设备 AiR Glasses，在提升产业现场作业效率方面的能力。美国电力研究院希望通过与电力公司的合作，了解穿戴式设备在电力产业可能的应用，研究结果将提供给所有电业参考，加速电业引进新技术提升效率的速度。

国内电力公司某些单位也在尝将增强现实技术的应用，例如重庆、厦门等单位，但目前还处于实验测试阶段，增强现实技术在电力行业的应用还未推广。

5.增强现实技术发展趋势

增强现实(AR)技术国内外没有统一的规范，没有明确的主流平台。在未来的几年里，科技公司将重点关注AR硬件，没有优秀的硬件就无法拥有良好的体验。另外创建一个AR应用的生态系统将是关键，微软HoloLens是一个功能全面的Windows 10设备，天然具有生态系统，占据一定优势。现在各大知名厂商已经开始布局自己的生态系统，未来随着AR设备的爆发，AR应用也会非常丰富，如同当下的智能手机、平板电脑一样。

6.结语

综上所述将增强现实技术应用在电力设备运维工作中，运用增强现实技术具有提升运检人员现场工作效，可以自动识别电力设备，高效快捷的获取设备信息，将获取的设备台账数据、设备实时状态数据、历史运维数据及作业指导规范，在真实环境中叠加显示，减少运检人员携带的电脑笔记本、平板电脑及纸质参考资料等，轻装作业。减少巡检、检修工作的遗漏。检修人员在巡检时，增强现实系统根据识别的设备生成作业检查项列表，检修人员在作业时按照作业检查项列表逐项完成，减少工作遗漏。提升现场工作的安全性。增强现实系统依据识别的设备信息，自动分析安全风险，并告知现场人员危险点及防范措施等。远程指导，现场人员通过增强现实设备可将其视角内的画面或涂鸦后增强现实画面实时传给远程专家，专家依据实时视频、语音等可了解现场状况；专家亦可通过语音、增强现实涂鸦等给予指导。将此技术应用到运检现场工作中，将有效提升现场作业效率，符合国家电网公司智能运检化的发展方向。