增強現實技術研究綜述

楊陽 王宇哲 鄒敏 韓益

摘要：增強現實技術（Augmented Reality，以下簡稱“AR”）是一項綜合性較強的技術，內容涉及計算機類多個領域，應用廣泛，本文從AR概念出發，對AR的實現及應用進行充分闡述，并對AR的現狀進行論述、總結，同時從已學知識的角度對AR的未來發展前景進行預測。

關鍵詞：增強現實;AR;應用領域

近年來，隨著虛擬現實技術發展，計算機硬件的升級，人們不滿足于能夠呈現虛擬場景，越來越期待能夠與虛擬世界進行交互，因而增強現實技術應運而生。國際眾多公司紛紛試水：蘋果、谷歌、微軟、英特爾等高科技公司相繼涌入AR領域，在智能顯示技術、三維注冊技術、人機交互技術不斷發展的今天，引領了AR發展的潮流，形成了一個兼容并蓄的AR生態圈。隨著跟蹤注冊技術的進步，計算機性能的飛速發展，深度攝像機的普及，AR成為近年來的技術研究熱點，在娛樂、游戲等多個領域得到了應用。

一、AR的基本概念

AR是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像的技術，最早于1990年提出。包含了多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器溶合、實時跟蹤及注冊、場景融合等新技術與新手段，它將計算機生成的虛擬物體或關于真實物體的非幾何信息疊加到真實世界的場景之上，實現了對真實世界的增強。一句話概括便是運用AR技術在現實中實現“幻覺”效果。

二、AR的關鍵技術及應用領域

軟件方面，使用到unity3D，C#，vuforia SDK，maya等技術。硬件方面，眼鏡主要分為主板、攝像頭、鏡片、微型投影儀、眼鏡框架等，主板上有嵌入式的安卓系統，主板安裝在鏡托上，并集成有電池。

其中，關鍵技術主要包括：三維跟蹤注冊技術、虛實融合顯示技術、智能交互技術[1]。

應用領域主要包括游戲娛樂、藝術展覽、維修建設、軍事領域、地圖導航、醫療、教育。以下是部分應用場景的描述：

1.外科手術與醫藥研究：AR可以讓醫生預先進行演習，虛擬生成出有關病灶的信息。通過AR技術的介入，醫生可以輕易精確地進行手術部位的定位，以此來增加手術的成功率。

2.游戲娛樂：作為最受青年人關注的AR，從最初的VR到如今的AR游戲產業展現出了非凡的活力。例如POKEMON通過設備的陀螺儀、加速度計等傳感器數據來進行定位，設備旋轉可以利用陀螺儀獲取，而位移可通過加速度計測得。隨著部分AR主題電影的出現，人們也對AR游戲充滿了憧憬，AR游戲的出現使人們的創新能力得到提升。

3.AR展覽：通過AR技術向用戶更加全面的展示和表達。例如，Sky Guide AR通過將手機對準天空就可自動找尋附近的星座、衛星，也可檢測到附近重要的星體活動。對星體存有興趣的人來說是非常好的一款應用;另外未來可能會出現AR眼鏡幫助人們更好的觀察環境，比如附近的標志建筑，或在現實中標出一條路線;當然不僅僅于此，未來它還可能成為展覽技術的主要手段。

4.汽車車載系統：將AR與車載系統結合，既富有科技感又方便駕駛人操作。目前在該領域有顯著發展的奔馳汽車，將汽車的實況顯示在屏幕上，駕駛員可以及時了解汽車的狀況和周圍環境。

三、AR技術的研究發展

醫療培訓領域：AR在醫療診斷領域加以應用，能夠實現可視化操作處理，尤其是外科手術過程中，能夠為醫生提供患者組織器官的3D模型，使醫生在患者治療時，明確患者的實時狀況，從而讓患者得到準確有效的治療，AR的應用能夠有效實現醫生和操作培訓系統的交互，使醫生高效完成手術任務。

協同領域：人們在AR開發和應用的過程中，允許用戶對3D模型同時觀看和討論，其主要是在遠程終端系統的基礎上實現實踐活動的有效整合，為用戶提供較為良好的協同設計界面和個性化特點的操作信息[2]。

四、AR技術的發展趨勢

面向消費級市場，AR主要產品由硬件、軟件構成，軟件由硬件衍生。根據TalkingData數據，截止2016年12月，我國移動終端已達到13.7億臺，隨著5G的誕生，預計在未來1-3年，移動端軟件、頭戴顯示器將成為兩項尤為重要且應用廣泛的產品。

AR未來應用于直升機設計過程時，對新產品的設計與制造方面會具有比較深遠的影響，產品在設計時，逐漸從手工發展到計算機輔助，在直升機設計過程中采用AR，使真實物體與虛擬物體綜合在一起，并且對虛擬物體加以構思和設計以及測試分析，使如發動機等復雜系統的設計和更改變得更加容易，能夠提升直升機設計研發水平、縮短型號研制周期。AR能夠讓設計人員在設計過程中具有更加清晰和動態化的流程指南，使其中附加的文字和圖像更加生動和易于理解[3]。

五、結論

本文從AR的概念及應用入手，通過對當前應用范圍的分析，并結合當前實際發展狀況，對它的發展趨勢做出分析和預測。AR在進行有效應用時，能夠使輸入的信息內容在AR的基礎上得以有效處理，從而得到比較真實的場景空間，再使虛擬信息疊加到真實場景中，構成虛擬和現實相結合的AR場景，并且利用自然交互技術實時操作空間中的信息內容，使結果更加生動有效，比如AR和旅游業的結合可以使用戶陶醉在虛擬世界之中。它能極大地滿足用戶的需求，產生視覺和聽覺上的認知，增強體驗感。未來在直升機設計中，AR的應用效果會是較為顯著的，也能為這一基礎的發展提供比較好的依據和推動作用。

參考文獻：

[1]焦澤宇.淺析增強現實技術及其應用[J].通訊世界，2019，26（01）：287-288.

[2]吳騫華.增強現實（AR）技術應用與發展趨勢[J].通訊世界，2019，26（01）：289-290.

[3]吳雪薇，王利雙，張盈盈.增強現實技術發展趨勢研究[J].科技視界，2019（30）：223-224+177.

作者簡介：楊陽（1998-），男，漢族，江蘇泰州人，武漢東湖學院計算機科學學院軟件工程專業2017級本科生。