增强现实的应用与未来展望

董恒熙

中国电子科技集团公司电子科学研究院 北京 100041

1 增强现实概要

1.1 增强现实

增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术，是将计算机生成的文本信息、图像、虚拟3D模型、视频或场景等实时准确地叠加到使用者所感知的真实景物中，实现虚拟场景和真实场景的有机融合，从而达到超越现实的感官体验。

北卡大学Ronald Azuma认为增强现实包括三个要素：虚拟物与现实结合、实时和三维。保罗·米尔格拉姆（Paul Milgram）和岸野文郎（Fumio Kishino）提出了现实-虚拟现实连续体来解读增强现实，他们将真实环境环境和虚拟环境置于连续体的两端，而位于它们之间的被称为混合现实（Mixed Reality），混合现实中包含了增强现实和增强虚拟，如图1。

图1 现实-虚拟现实连续体

虚拟现实主要通过图2中的三种媒介实现：①通过头戴式设备将虚拟信息在半透明镜片中显示，使用者能够观察到虚拟信息与真实世界的叠加；②作为手机等移动设备的应用程序，从摄像头读取真实世界的信息后，经加工后在设备屏幕上呈现；③通过专门的投影技术和设备，直接将虚拟信息投射在真实世界中，例如全息投影。不同的媒介各有其优劣，头戴式设备能够给予用户更真实的体验，更强的互动性，但是价格昂贵[1]。

1.2 增强现实的发展

早在1901年Frank Baum就提出了将数据叠加到现实生活中的显示器的想法，Ivan Sutherland在1968年发明了头戴式显示器，将其作为进入虚拟世界的窗口，1980年Steve Mann创造了第一台可穿戴计算机，拥有在场景中覆盖文本和图形的功能，直到1992年美国空军阿姆斯特朗实验室研发了首批可运行的增强现实系统，称为虚拟固定装置（Virtual Fixtures）。

虽然增强现实的概念早在上世纪初就已被提出，但国内增强现实技术起步较晚，中国的相关专利申请数量在2009年以前增长速度十分缓慢，直到2009年才出现一定规模的申请量，并于2010年起突飞猛进，逐年攀升。

2 增强现实技术主要的六大应用领域

2.1 零售

在购买衣服、鞋子、眼镜或其他任何我们穿戴的物品前，我们都会想要进行“试穿”。现在我们可以借助增强现实做到这些事了。由于支持AR应用的设备(比如手机和平板电脑)普及率非常高，因此AR的增长速度越来越快，AR应用的到达率也会翻倍增长。亚马逊是最早引入AR技术的品牌之一，利用AR让消费者可以在线“试穿”衣服，为在线购物的消费者提供了前所未有的便利。这样做的还有宜家，宜家打造了一款AR手机应用程序，顾客在购买之前便可以通过手机应用将宜家的家具“摆”在家中，看颜色、大小是否合适，免去退换货的麻烦。

2.2 建筑

在建筑领域，增强现实允许建筑师、施工人员、开发人员和客户在任何施工阶段看到立体的建筑以及内部设计，将整个建筑可视化。除此之外，AR技术还可以帮助识别作业中的错误和问题，在问题变得难以更正之前指出问题所在。

增强现实还可以辅助建筑物和设施的维护作业。具有交互式3D动画和其他指令的服务手册可以通过增强现实技术在物理环境中显示。增强现实可以帮助客户在维修或维护过程中提供远程协助。它也是一种有价值的培训工具，可以帮助缺乏经验的人员完成工作，并现场找到正确的操作方法和零件信息。

2.3 旅游

借助增强现实技术，旅游品牌可以为潜在的游客提供身临其境的体验。通过AR解决方案，代理商和目的地可以为访客提供更多的信息和路标指示。AR应用程序可以帮助度假者浏览度假村并了解目的地。

2.4 教育

虽然关于增强现实如何辅助教育仍有很多探索空间，但可以肯定的是，AR之于教育有很多的可能性。有外媒预测AR教育市场到2020年将增长17%，达到2520亿美元，并能支持不同年龄段和不同的教育水平。

增强现实可以帮助教育工作者让学生在课堂上使用动态3D模型，帮助学生理解相关知识并用这种充满趣味的方式激发学习兴趣。学生将受益于AR的可视化功能，通过数字渲染将概念带入生活，随时随地访问信息，无需任何特殊设备，就像语言学习应用程序Modly一样[2]。

2.5 医疗保健

AR可以为外科医生提供3D数字图像和关键信息，使外科医生无需远离手术区域即可获取手术过程中所需的重要信息。

2.6 导航系统

通过将智能手机的GPS与AR技术相结合提高导航应用的安全性，使导航信息更全面。这种应用适用于所有安卓系统和iOS系统用户。而Navion提供了真正意义上的AR导航，这是第一个用于汽车的全息AR导航系统。随着汽车周围环境的变化，系统会不断更新信息以实施提供导航信息。

3 结语

近年来，增强现实技术受到了研究人员的广泛关注。在计算机视觉与人工智能技术的推动下，增强现实技术表现出了强劲的发展势头，虽然目前增强现实技术不够成熟，内容不够丰富，存在许多争议，但不可否定的是增强现实将成为未来交互的新平台、新方式[3]。

总之，早在上世纪初增强现实的设想已经被提出，近年来相关技术的快速发展使得增强现实受到高度关注，诸多公司在近年陆续推出了增强现实相关产品，应用在各个领域，体现出企业对于增强现实的认可。增强现实能够提高用户对现实世界的感知能力，提供了人类与外界沟通的新的方式，增强用户体验。