AR技术：增强你对世界的感知

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据悉，美国专利及商标局刚刚公布了一个苹果申请并获得批准的专利，我们大致可将其描述为可戴上的便携设备，或是一副有显示屏和可能的发声能力的眼镜；或是挡住用户脸的带显示屏和可能的发声能力的面罩等，专利中也提到了激活通信功能的方式，如打电话或连接到视频会议。

这很容易让人联想到谷歌在今年早期发布的一款眼镜“Google Glass”，它具有和智能手机一样的功能，可以通过声音控制拍照、视频通话和辨明方向以及上网冲浪、处理文字信息和电子邮件等，近日这款眼镜又被加入骨传导技术，加入这项技术之后，Google就可以发送只有带着头部装置本人才能听见的消息提醒。微软于2011年5月提出了一项新专利应用并在日前获得通过，没错，眼镜式显示系统。这些电子巨头的目光都聚集在了眼镜或者面罩，实际上是其背后的“增强虚拟现实技术”。

你我身边已有应用

在年初大热的电影《碟中谍4》中，一名特工就在一只眼睛中戴上了一种特制的隐形眼镜。这种隐形眼镜能够扫描走在大街上的人脸，进行人脸识别，从而能从人群中迅速找出要找的目标，截获密码文件。科学家称实现这样神奇的应用是一二十年之后了。

但也不用太失望，因为我们身边已经有增强虚拟现实技术的应用了。比如10月份，圆明园遗址公园发布的“数字圆明园”，以通过网络下载圆明园移动导览系统，在家中虚拟游览圆明园，也可以到实地体验导览系统的增强现实效果。游客可在首批九州和含经堂共10个景区实现移动导览，用圆明园提供的iPad对准景区里的二维码一刷，即可重现过去的建筑景观。

增强虚拟现实技术的体验非常神奇，其核心主旨就是“以人为本”。

增强虚拟现实技术，简称增强现实(augmented reality，AR)技术，简言之就是用计算机实时产生三维信息来增强人对真实世界的感知。

一般认为，AR技术源于虚拟现实(virtual reality，VR)技术。但AR的伟大之处就是着眼于真实世界。传统的VR技术让用户完全浸透在虚拟空间中，比如宅男生活在家中电脑营造的网络世界。而AR技术则把计算机、网络和用户都带回了真实的世界，技术不仅为了让人随时访问网络，还要增强人对现实世界的感知。

戴上一款眼镜，看看天，眼镜片上就显示今天以及之后几天内的天气，看到一张面孔，就能显示你在何时何处见过他……AR技术利用计算机系统产生现实环境中并不存在的虚拟信息，这些虚拟信息可被用户以视觉、听觉、触觉、嗅觉等各种方式感知，成为周围真实环境的组成部分，从而增强用户对现实世界的感知。结合现在的信息技术，这将创造多少美妙的应用。

多学科交叉的新兴研究领域

上世纪90年代初期，波音公司的Tom Caudell和同事最早提出了“增强现实”。在他们设计的系统中，把由简单线条绘制的布线路径和文字等提示信息，实时地叠加在机械师的头盔显示器上，而这些信息则可以帮助机械师一步一步地完成拆卸过程。

AR系统的目标就是这样，借助光电显示技术、交互技术、计算机图形技术和可视化技术等，产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过注册技术将虚拟对象准确地“放置”在真实环境中，使用户处于一种融合的环境中，不能区分真实和虚拟，用户所感知到的只是一个真实和虚拟相融合的唯一存在的世界，并能与之交互。

AR是一个多学科交叉的新兴研究领域，该领域的权威学者北卡大学Ronald Azuma提出，他认为AR系统包含三个内容：真实世界和虚拟世界的信息集成，即虚实融合；具有实时交互性；三维尺度空间中定位增添虚拟物体，即三维跟踪注册。其中，尤以实时的人机交互最为重要，因为沉浸感和感知的增强皆源于此。人机交互是一门包括计算机视觉、心理学、人工智能等多学科交叉的技术，随着传感器、力反馈等硬件设备的发展，以及对人的个体差异、感知研究以及认知科学的发展，人机交互已成为世界各国信息产业竞争的一项关键技术，并逐渐实现向“以用户为中心”的转变。



AR技术亟待突破软硬件瓶颈

由于AR技术的独特性与快速发展，军事、航空航天、医疗、影视娱乐、制造与维修、教育、旅游、建筑规划……各个领域都能看到其应用。

军事应用是推动新技术发展的重要动力之一，AR技术也不例外，采用AR技术可以大大减少军费开支，主要集中在军事训练和武器的设计制作两个方面。在航空航天方面，美国国家航空航天局已经将AR技术应用于国际空间站组装、训练等工作。欧洲航天局则注重于把AR技术应用于空间机器人遥控、航天器设计、空间探测模拟等。

医学是最早将AR技术应用到实际中的领域之一。早在1994年，医生就可以利用超声扫描孕妇，然后在其腹部对应部位绘制出一个相应的三维胎儿，再通过头盔显示器可以了解胎儿。

AR技术还可以作为外科手术可视化的辅助手段，通过使用磁共振成像、计算机断层扫描或超声图像可以实时收集病人的三维数据，据此实时地渲染出相应的虚拟信息，与病人的实际情况相融合，给予医生更完善的信息。丰富的感官交互、亦真亦幻的虚实融合环境，运用AR技术将会出现很多有意思的游戏。

AR技术依然是一门年轻的学科，存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。比如硬件设备比较特殊，而且大多十分昂贵，且普遍存在使用不便、影响用户交互活动等缺点，这是目前影响AR推广的瓶颈之一。

虽然目前已经有多种用于AR系统开发的软件工具包和应用程序编程接口，但普遍存在专业性强、易用性差等特点，而且很多算法和相关理论也不成熟，如在人工智能、人体工程学、基于嗅觉、味觉等新型传感和感知机理等方面还有许多问题有待解决，同时，由于一些AR专用硬件设备的特殊性和局限性，常常使软件开发的费用十分巨大。

此外，虽然目前AR已较为广泛地应用于许多领域，但绝大部分集中在军事、医学、娱乐、制造与维修等方面，在其他领域的应用还有待进一步加强，未来的发展方向尤其应注重户外AR应用等方面，并努力向民用方向发展。

所以，AR技术的主要研究方向应该是开发廉价的硬件设备，降低AR系统的硬件成本，开发能够实现虚实无缝融合的高效算法和软件，进一步加强用户视觉和听觉感知方面的研究，积极开展触觉、嗅觉、味觉等方面的研究，最终实现真实自然的多模态人机交互。

AR技术是一个充满丰富想象力和巨大潜力的高新技术领域，在不久的将来其将注定深度影响我们的生活，这一天的到来可能比预计到的更快。