增强现实照进生活

在最近播放的大片《十二生肖》中，我们看到成龙主演的主人公有一副神奇的眼镜，在他看到一些事物的时候，眼睛上就会显示出所看到的事物的相关资料和信息。通过这个神奇的工具，主人公以最快的速度获得需要的信息，帮助他完成了任务。这幅眼镜应用的就是增强现实技术，也就是AR技术。那么什么是AR？AR到底会给我们的生活带来怎样的变化呢？

增强现实 （Augmented Reality，简称AR），也叫混合现实，是在虚拟现实的基础上发展起来的新技术。是指透过影像处理技术将虚拟3D和现实影像融合，使真实的环境和虚拟世界实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。它既允许用户看到真实世界，同时也能看到叠加在真实世界上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统。AR中真实物体和虚拟物体与用户环境须无缝结合在一起，而且真实物体和虚拟物体之间还要能够进行交互，这样才能实现真正的虚实融合。因此增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维定向的特点。

AR为我们呈现出现实中无法直接获知的信息，让每个人眼中的世界更加多样性。其在1992年被波音公司计算机研究部门首席科学家Thomas Caudell首次提出。他认为可以将所需要的数据投射到真实世界的景物上，为工人们提供一个随身的电子助手，以提升制造行业的效率。他的设想引起了不少企业和研究机构的兴趣，但是在过去的十几年中，因为计算机的计算速度、软件性能和成本的限制，AR主要应用在军事、工业和研究领域当中。近些年随着计算机性能的不断改进，小型影像设备的高解析度化、各种传感器的发展、移动设备的进步及有效的成本控制，一度高端的AR越来越接近普通大众。当前不少智能手机上都已具有了一些增强现实技术的应用，如诺基亚的“城市万花筒”，用户打开这个应用就可以在手机上看到附近的吃喝玩乐场所，非常方便、直观。还有AR手机游戏，只需用手机摄像头对准一张有特殊图案的纸，玩家就可以在手机屏幕上进行游戏了。其实AR的应用远不止于此，它的应用范围十分广泛，只要充分发挥我们的想象力，它就可以应用在各个领域，提高工作效率、增加生活乐趣。如AR在电子游戏中可以让位于不同地点的玩家，共同进入一个真实的自然场景，以虚拟替身的形式，进行网络对战；网络通讯可以使用AR和人脸跟踪技术，通话的同时在通话者的面部实时叠加一些如帽子、眼镜等虚拟物体，提高了视频对话的趣味性；军队可以利用AR进行方位识别获得所在地点地理数据等重要军事信息；医生可以利用AR进行手术部位的精确定位；展览景区可以通过AR将建筑的相关资料、观看展品的相关数据呈现给途经的观众游客等等。

通常情况下，一个完整的AR系统需要有显示技术、跟踪和定位技术、界面和可视化技术、标定等技术共同构成。跟踪和定位技术与标定技术共同完成对位置与方位的检测，并将数据报告给AR 系统，实现被跟踪对象在真实世界里的坐标与虚拟世界中的坐标统一，达到让虚拟物体与用户环境无缝结合的目标。为了生成准确定位，AR系统需要进行大量的标定，测量值包括摄像机参数、视域范围、传感器的偏移、对象定位以及变形等。从目前情况来看，主要有三种AR应用解决方案。一是GPS+传感器方式：通过GPS获取位置、地磁传感器取得方向、加速度传感器得到倾斜角度数据，然后经信息处理后进行叠加显示。这种方式在手机上实现最为适合，目前最新智能手机基本都已具备GPS、指南针和加速度传感器这些装置，再加上3G、无线网络速度的提升，实现起来并不困难。不过目前存在GPS精度、地磁传感器易受周边磁性设备影响等问题。二是标志识别方式：将标志图像的信息事先保存，通过图像识别技术，在当前的图像中查找识别标志图像，然后在标志图像上叠加相关信息。这种方式相对比较成熟，具有开源的ARToolKit（一个C/C++ 语言编写的库）可以让程序员很容易地编写AR应用程序，适用于娱乐游戏、广告展示、杂志书籍等方面。不足之处在于需事先定义标志图像，程序无法获取图像以外的信息，功能扩展受到一定限制。第三种是图像分析识别：对图像进行解析，识别出风景物体和空间，然后叠加相关信息。原理是从图像上捕捉特征点，然后检测出平面建立虚拟3D坐标，之后合成摄影图像和数字内容。这种方式需要处理数据量大，对于障碍物、垂直面辨析的技术难度也较大，距离实际使用水平还有一段距离。

与现在新兴的很多技术一样，增强现实（AR）技术也是多学科交叉集成的产物，它包括计算机，视觉计算机、图形学、传感器、网络、GPS等许多技术。尽管当前AR技术还存在很多不足和问题需要解决，但即使如此，当前的应用也已给我们带来了很多乐趣和便捷。未来AR将会朝着更网络化、微型化低能耗发展，这可以在减少装备的同时大大提高增强现实系统的效能，视觉信息多样化、数据复杂性、声音交互的改善会让增强现实具有更好的应用体验。AR会让我们的生活变得更加美好，终有一天它会融入到百姓生活的方方面面之中。