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(ar是什么)-AR技术功能

现实,头盔,技术(ar是什么)-AR技术功能

发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

本文来源于3D视觉工坊，文章仅作为学术交流

随着信息技术的高速发展，虚拟现实、增强现实等逐渐火热。虚拟现实是一种完全建立虚拟环境，让人类脱离现有环境进入新的世界，它的广泛应用可能还要经过一段时间的积淀，目前虚拟现实主要在科研仿真、虚拟漫游、游戏娱乐、教育培训等领域发挥作用。而从虚拟现实中发展起来的增强现实，旨在增强人类能力，为人类提供各种辅助信息，成为沟通人类个体与信息世界的重要枢纽。目前已经在医疗、交通、教育培训、航天、通信、工业维修等领域发挥作用。相信增强现实的大规模应用会比虚拟现实更早一些，可能取代智能手机，成为下一代智能计算与显示平台，将物理世界与信息世界联系得更加紧密。这里，我们主要谈一下增强现实的相关内容。

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增强现实概念

增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术是一种基于计算机实时计算和多传感器融合，将现实世界与虚拟信息结合起来的技术。该技术通过对人的视觉、听觉、嗅觉、触觉等感受进行模拟和再输出，并将虚拟信息叠加到真实信息上，给人提供超越真实世界感受的体验。目前广泛接受的一种定义是Azume在1997年提出的，他认为AR应该具有三个特征：

结合真实与虚拟实时交互支持三维注册

我们所要讨论的增强现实，主要是视觉增强现实技术，核心在于虚拟信息和真实世界在物理空间中的匹配以及可视化。增强现实是一个多学科交叉的研究领域，内容纷繁复杂，选取其中某个点深入下去都可以作为长久的研究课题。一个完整的AR系统至少有三个部分：跟踪、注册和显示。

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增强现实技术起源

Sutherland在1968年完成了第一台头盔显示器，堪称头盔显示器的开山祖师。不过由于当时技术限制，该设备非常笨重，需要悬挂在房顶上使用，于是被戏称为“达摩克利斯之剑”。

70年代、80年代也有很多研究者做了相关的研究工作，但是直到90年代初期，“Augmented Reality”这个词汇才首次诞生。渐渐地，增强现实脱去虚拟现实的外衣，成为一个独立的研究领域。

随着21世纪初期智能手机的兴起，增强现实有了天然的开发载体，视频式的增强现实迅速发展起来。这也得益于ARToolKit和Vuforia等基于图像的跟踪定位工具的相继推出。如下图，使用智能手机和平板电脑作为平台的增强现实应用，目前已经非常普遍。

但是，智能手机和平板电脑毕竟只是视频式的增强现实，相比于光学式的来说，还是少了一点科技感和刺激感。于是谷歌在2012年发布了Google Glass，为增强现实的发展注入了新的活力。它对于AR发展的作用应该就像是Facebook的Oculus Rift之于虚拟现实一般。2014年3月26日，Facebook宣布将以约20亿美元的总价收购沉浸式虚拟现实技术公司Oculus VR。这一事件极大地推动了虚拟现实的发展。

类似地，Google等商业巨头投身AR，也必将对AR起到巨大作用。尽管后来GoogleGlass停产，但是其作用不可忽视。之后，又有更多的公司推出了自己的光学式增强现实眼镜，最著名的是Microsoft Hololens和Maigc Leap。

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增强现实研究内容分解

1、显示技术

近眼式显示设备近眼显示设备主要是指头盔显示器。头盔显示器主要分为两种：光学透射式头盔显示器和视频透射式头盔显示器。当然如果按照显示器件数量，也可以划分为单目头盔显示器和双目头盔显示器。这里主要讨论光学式（左）和视频式（右）的区别。光学透射式头盔显示器是直接透射外界的光线，并且反射微投影器件产生的虚拟图像到人眼中，达到虚实融合的效果。优点是可以保证正确的视点和清晰的背景，缺点是虚拟信息和真实信息融合度低，且人眼标定比较复杂。目前市面上典型的光学透射式头盔显示器有Hololens和Meta2等。而视频透射式头盔显示器，是将固定在头盔上的摄像头所捕获的图像，通过视点偏移来显示到眼前的显示器上。优点是虚实融合效果好，无需标定人眼，缺点是视点难以完全补偿到正确的位置，且与镜片范围外的环境不能完美衔接。将上面的光学透射式头盔显示器，加上摄像头，并且把带有增强信息的视频直接全屏显示，就成为了视频透射式设备了。很巧的是，很多光学透射式设备，确实在其上加装了这种摄像头，但是它们的本意是用摄像头来作为跟踪模块的。手持式显示设备手持式显示设备，顾名思义就是拿在手上的显示设备。最常见的就是我们的智能手机和平板电脑。这类设备具有很好的便携性，是一种天然的AR设备。它们有摄像头作为图像输入设备，有自带的处理器，有显示单元，具备了进行AR开发的所有条件。在目前市面上，很多增强现实APP都是围绕这类设备开发的。固定式显示设备桌面级显示器，这是我们日常生活中最常见的一类显示器了。给它添加一个网络摄像头，就可以完成AR任务了。该摄像头可以捕捉空间中的图像，然后估计摄像头的位置和姿态，最后计算生成虚拟信息，并进行虚实融合，输出到桌面显示器上。这类设备适合做一些科研类的开发，对于商业应用显得有些笨重，比起手机和平板来说稍逊一筹。虚拟镜子，这是利用摄像头对着人进行拍摄，然后输出到一个类似于镜子的大型显示器上，给人一种照镜子的感觉。同时，还可以进行虚拟换装，或者添加一些虚拟物件，达到AR效果。还有一些固定显示器，类似于雾幕、水幕、全息膜等，在上面投影出增强信息，可以实现AR效果。

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