增强现实技术发展分析及预测

慕竞玮

摘要：

虚拟现实是指通过一系列技术手段使人们置身于虚拟世界中，而增强现实是指将虚拟的物体在真实世界中展现出来，所以增强现实更加真实也更加贴近生活，在现实生活中应用广泛。增强现实在工业领域最先提出，后来相继在医疗、军事、娱乐游戏、教育领域出现，可用于化学实验、建筑模拟、教学指导等。阐述了国内外增强现实的发展历程，对增强现实未来领域进行了展望。

关键词关键词：

增强现实；虚拟现实；发展领域

DOIDOI：10.11907/rjdk.172722

中图分类号：TP-0

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2018）003000403

英文摘要Abstract：Virtual reality use a series of technological means that put themselves in the midst of virtual world.Augmented reality is that put virtual things in the reality world，so AR is more true and close to life up to apply to further field.First propose AR field is industry，then，appear at medical，military，show business，tourism and education.Be the same with chemical experiment，building templates，teaching guide and soon.In this paper，we discuss that AR first epoch，occurrence field，and review of the past development history both at home and abroad，also look forward to the future AR field.

英文关键词Key Words：augmented reality； virtual reality；in the area of development

0引言

随着技术的发展，增强现实在越来越多的领域崭露头角。增强现实一词自1990年提出到现在历经27年，定义相对明了。Milgram P和Takemura H[1]在1994年通过广义和狭义两个维度定义了“增强现实”：广义上是指“增强自然反馈的操作与仿真的线索”；狭义上注重技术方面，认为增强现实是“虚拟现实的一种形式，其中参与者的头盔式显示器是透明的，能清楚地看到现实世界”。

增强现实来源于虚拟现实，其通过一些技术手段让现实中的场景和真实世界相结合，从而增强用户体验。增强现实相对于虚拟现实来说，是对真实世界的延伸，是在真实事物上对虚拟事物的叠加，更加真实也更加贴近生活；从技术手段来说，增强现实技术比虚拟现实技术要困难一些，需要对现实事物进行识别并在真实背景上导入虚拟事物，识别的准确性及背景事物的复杂性对技术要求相对高一些；从应用领域来说，增强现实应用的領域比虚拟现实更广，因为虚拟现实创建场景工作量巨大，而增强现实不存在这种问题，只需要将虚拟事物制作出来，相对简单且成本低，受设备限制少，因此可以应用在更多领域。

1增强现实发展分析

1.1增强现实国内发展分析

国内最早提及增强现实一词是在1998年中国智能自动化学术会议上，由杨斌等[2]提出“虚拟环境中有3种技术：虚拟现实、增强现实和临场感”，并给出了立体视觉技术相应的计算公式。2000年刘渭滨等[3]提出了“AVR（From actua reality to virtua reality，即由真实现实到虚拟现实的转换）理论”，这个理论的提出，使真实事物在虚拟建模时更加精确，并且减少了建模工作量，对增强现实技术有着重要意义。

2004年，计算机在国内大面积普及，有关计算机的各项学术活动创出新高，增强现实也得到了大力发展。在第三届全国数字成像技术及相关材料发展与应用学术研讨会中，刘越等[4]首次提出了一个相对比较完整的理论体系。同时，也首次提出将增强现实技术应用在教育及工业仪器设备制造中，扩展了增强现实的应用领域。

2008年，陈靖等[5]首次提出将增强现实技术应用到旅游产业中，“基于关键帧匹配的增强现实跟踪注册算法，实现圆明园大水法遗址的数字重现”，让人们可以看到全盛时期圆明园的宏伟景观。在随后的几年中，增强现实主要应用在地理地图或三维实时导航上，一般在校园或博物馆3D漫游中的应用比较多。

直到2010年，增强现实首次明确出现在教学中。余明媚等 [6]从中小学教育、特殊教育、职业教育等方面，对增强现实在教育中的应用作了一个完整的综述，为增强现实未来几年在教育方面的发展奠定了基础，同时也为研究指明了方向。

随着2016年虚拟现实元年的到来，虚拟现实的发展带动了增强现实技术的提高，应用领域也扩展到了军事模拟、网络购物、教育游戏等领域。娱乐领域是增强现实一个很重要的应用领域。2016年腾讯QQ推出的AR火炬传递，引起了增强现实应用的火热浪潮。腾讯QQ跟随《神偷奶爸3》上映的脚步，推出营救小黄人“扫香蕉”的活动中，用户使用手机摄像头扫描一根香蕉，手机屏幕上就会出现不同的小黄人造型，引起广泛关注。增强现实的应用除了创意与艺术表现外，技术上的不断钻研进步更令人惊喜。

1.2增强现实国外发展分析

国外增强现实的字眼在1993年的ACM（国际计算机组织）中就出现了，比国内早了整整6年，Steven Feine[7]写到，增强现实 “发展了计算机视野，使用目标识别技术，利用技术创造一个新的复杂的增强现实应用，呈现一种人类接触自然的新方式”，而Wendy Mackay[8]则认为增强现实“能够在纸上扩展计算的规模”。

1994年Greenleaf W J[9]更加详细说明了增强现实的功能，“可将真实世界分为3种空间：视觉、听觉和触觉”，首次提出“将一些增强现实的技术应用到残疾人的日常生活中”，从而开发了增强现实的第一个应用领域。随着计算机技术的发展，增强现实逐渐出现在大众视野内，应用领域也从医学领域的外科转向了内科，并且提出了用增强现实技术注解现实世界的事物，这才是增强现实最基本的功能。某些医院推出了游戏打针，通过增强现实技术，使用增强现实设备，小孩便可同虚拟视野里面的小人进行交流，获得小孩的信任之后，虚拟的小人指导小孩通过完成游戏中任务的形式来完成打针，从而减轻小孩打针时的恐惧感和疼痛感，打针成功的小孩还会获得一枚勋章。从此，小孩打针不再是家长头疼的一件事情，相反还变成了小孩引以为傲的事情。

1996年，首次提出了利用增强现实工具进行3D解剖，同时又提出另外一个领域的应用，就是运动分析。现今运动分析非常流行，很好地迎合了热爱健康热爱运动这一类人群的需求。比如骑自行车减肥，减肥本是一件痛苦的事情，还要通过单调的骑自行车来完成，岂不是更无聊？如果用户可以在完全沉浸式的环境中，比如在一个鸟语花香的大自然中，或者更刺激更有挑战的大峡谷中完成自行车的骑行里程，这样的减肥方式有谁不愿意尝试呢？

1999年，首次提出将增强现实应用于工业、标签追踪等领域。在此后的几年中，增强现实依然主要应用于医学领域。2001年增强现实则首次应用于城市规划中，Jie Shen等[10]提出增强现实“利用这种基于影像的思想，不仅节省了更多时间，而且比传统的基于制图法的虚拟现实更加真实和客观”。Sygic最近推出针对Android手机和平板电脑的GPS导航应用程序的AR功能——Real View Navigation，该新功能可以让手机摄像头扫描行驶路线和周边情况，将模拟的路况附加在真实路面上，用户在汽车行驶过程中只需要观察路面就可以了解导航情况，不需要看导航，同时该软件还可提供路边的信息，比如加油站、周边景点、酒店旅馆等信息，这些信息不会影响到驾驶员的视线。

2010年迎来了增强现实的春天。这年，增强现实的应用扩展到了很多领域，尤其是教育领域。在教学环境中采用一种新的教学方式，用现有的课程加上一些符合教学规律的活动，组成一个化学虚拟现实学习系统（CARLS）[11]。历经几年的探索，从刚开始建立一个全新的学习系统，到现在借助之前存在的系统加以修改补充，变成即便没有受过专业训练的教师也可以简单完成的系统，节省了教师学习、熟悉、制作新系统的时间及成本。

随着移动学习和深度学习的成熟，增强现实也加入到移动学习的大家族中，随时随地使用增强现实已经实现，各种各样的增强现实型游戏、甚至是电子书，还有越来越多的应用程序软件都携带增强现实功能，增强现实技术得到了空前的发展。

增强现实从刚开始的一个设想，到有了简单的理论支撑，理论指导实践，又有了增强现实的实现技术，实践充实理论，有了完整的理论支撑，从而发展成一个研究领域。这中间经历了无数次的尝试，无数前辈为之奉献，才有了今天所看到的增强现实这么多的应用领域。

2增强现实技术未来展望

在未来，增强现实的应用如同WiFi一样实现全面覆盖。在一堂课上，教师应用增强现实技术给学生展示一些晦涩难懂的知识，比如天体的运转、生物分子结构等，学生可佩戴相关设备（简单轻便，可随身携带）观看教师的展示。如果有学生生病或其它原因缺席，这位学生可在家或病房观看教师的演示，整个过程这位学生一样可全程参与，如同现在的远程教育。

增强现实在医疗方面尤其在手术中的应用变得越来越重要。可以通过拍摄CT或者扫描得到的人体内部结构，构建出增强现实的立体画面，不论主治医生还是实习医生都能看清病人的具体情况，从而给出最完美的解决方案，同时也可通过增强现实手段实施院外甚至是省外专家的实时会诊。这些珍贵的资料都可保存下来，为医学院学生提供更好的学习机会。

增强现实在职业教育方面的应用也有很大的提升空间。在未来的职业教育中，学生可通过增强现实技术安装虚拟电机，如果中途或最后的测试阶段出现错误导致虚拟电机无法正常运转，学生可远程连线校外有经验的工程师。工程师可看到学生安装虚拟设备的情况，不仅可通过语言指导，还能在虚拟环境中通过增强现实设备动手演示，解决学生的问题，这是另外一种形式的工学结合。

现今只要是稍具规模的购物商场，都会出现一个VR体验店，很受年轻人欢迎，相信在不久的将来，增强现实会很快研发出各种触手可得的娱乐项目，推出AR体验店。

参考文献参考文献：

[1]MIGRAM，TAKEMURA，UTSUMI，et al.Augmentedreality：a class of displays on the realityvirtuality continuum[J].Spie，1994，2351（34）：282292.

[2]杨斌，叶榛，王家廞.虚拟环境中立体视觉的技术与应用[C].1998年中国智能自动化学术会议，1998.

[3]刘渭滨，张超，袁保宗.AVR虚拟环境建模理论与实践[C].中国体视学学会图像分析专业、中国体视学学会仿真与虚拟现实专业、中国航空学会信号与信息处理专业第一届联合学术会议，2000.

[4]刘越，王涌天，闫达远.增强现实系统显示技术研究[C].第三届全国数字成像技术及相关材料发展与应用学术研讨会，2004.

[5]陈靖，王涌天，林精敦，等.基于增强现实技术的圆明园景观数字重现[C].第七届中国计算机图形学大会，2008.

[6]余明媚，李文光，王新辉.增强现实技术在教学中的应用现状与趋势分析[C].全国计算机辅助教育学会第十四届学术年会，2010.

[7]STEVENFEINE.Knowledgebased augmented reality[J].Communications of the ACM，1993（7）：5362.

[8]WENDY MACKAY，GILLES VELAY.Augmenting reality[J].Communications of the ACM，1993（7）：9697.

[9]GREENLEAF W J.Augmenting reality in rehabilitation medicine [J].Artificial Intelligence in Medicine，1994（2）：289299.

[10]JIE SHEN，YONGHONG WU，HAOWULIU.Urban planning using augmented reality[J].American Society of Civil Engineers，2001（5）：118125.

[11]BRENDA K，WIEDERHOLD，GIUSEPPE RIVA.The effects of augmented reality on learning[J].Studies in Health Technology and Informatics，2010（3）：1620.

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