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增强现实技术:增强你对世界的感知

时间:2012-12-17 09:45:59 来源:中视典数字科技

增强现实技术:增强你对世界的感知

       据悉,美国专利及商标局刚?#23637;?#24067;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?#32433;?#19978;的便携设备,或是一副有显示?#26753;?#21487;能的发声能力的眼镜;或是挡住用户脸的带显示?#26753;?#21487;能的发声能力的面?#20540;齲?#19987;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?#20013;?#24687;和电子?#22987;?#31561;,近日这款眼镜又被加入骨传?#25216;?#26415;,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?#36873;?#24494;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?#22330;?#36825;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?#30340;?#22815;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?#39029;?#35201;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?#36335;藎?#22278;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,?#37096;?#20197;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?#28798;?#23601;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。

  ?#35805;?#35748;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?#26790;?#32593;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?#26410;?#35265;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?#22253;?#21161;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?#29616;?#31185;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?#25945;臁?#21307;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?#28304;?#22823;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?#25945;?#26041;面,美国国家航空?#25945;?#23616;已经将AR技术应用于国?#22763;?#38388;站组装、训练等工作。?#20998;蘚教?#23616;则注重于把AR技术应用于空间机器人遥控、?#25945;?#22120;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?#19978;瘛?#35745;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?#24120;?#36816;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?#24418;?#35299;决的理论问题和?#24418;?#20811;服的技术障碍。比如硬件设备比?#21688;?#27530;,而且大多十分昂贵,?#31227;?#36941;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?#22278;?#31561;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?#34892;?#22810;问题有待解决,同时,由于一些AR专用硬件设备的特殊?#38498;?#23616;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?#24378;?#21457;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。

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