AR（增強現實）的技術原理

概 述

增強現實（Augmented Reality，簡稱AR），增強現實技術也被稱為擴增現實，AR增強現實技術是促使真實世界信息和虛擬世界信息內容之間綜合在一起的較新的技術內容，其將原本在現實世界的空間范圍中比較難以進行體驗的實體信息在電腦等科學技術的基礎上，實施模擬仿真處理，疊加將虛擬信息內容在真實世界中加以有效應用，并且在這一過程中能夠被人類感官所感知，從而實現超越現實的感官體驗。真實環境和虛擬物體之間重疊之后，能夠在同一個畫面以及空間中同時存在。

增強現實技術不僅能夠有效體現出真實世界的內容，也能夠促使虛擬的信息內容顯示出來，這些細膩內容相互補充和疊加。在視覺化的增強現實中，用戶需要在頭盔顯示器的基礎上，促使真實世界能夠和電腦圖形之間重合在一起，在重合之后可以充分看到真實的世界圍繞著它。增強現實技術中主要有多媒體和三維建模以及場景融合等新的技術和手段，增強現實所提供的信息內容和人類能夠感知的信息內容之間存在著明顯不同。

關 鍵 組 成

增強現實系統在功能上主要包括四個關鍵部分，其中，圖像采集處理模塊是采集真實環境的視頻，然后對圖像進行預處理;而注冊跟蹤定位系統是對現實場景中的目標進行跟蹤，根據目標的位置變化來實時求取相機的位姿變化，從而為將虛擬物體按照正確的空間透視關系疊加到真實場景中提供保障;虛擬信息渲染系統是在清楚虛擬物體在真實環境中的正確放置位置后，對虛擬信息進行渲染；虛實融合顯示系統是將渲染后的虛擬信息疊加到真實環境中再進行顯示。

技 術 原 理

AR的三大技術要點：三維注冊（跟蹤注冊技術）、虛擬現實融合顯示、人機交互。其流程是首先通過攝像頭和傳感器將真實場景進行數據采集，并傳入處理器對其進行分析和重構，再通過AR頭顯或智能移動設備上的攝像頭、陀螺儀、傳感器等配件實時更新用戶在現實環境中的空間位置變化數據，從而得出虛擬場景和真實場景的相對位置，實現坐標系的對齊并進行虛擬場景與現實場景的融合計算，最后將其合成影像呈現給用戶。用戶可通過AR頭顯或智能移動設備上的交互配件，如話筒、眼動追蹤器、紅外感應器、攝像頭、傳感器等設備采集控制信號，并進行相應的人機交互及信息更新，實現增強現實的交互操作。其中，三維注冊是AR技術之核心，即以現實場景中二維或三維物體為標識物，將虛擬信息與現實場景信息進行對位匹配，即虛擬物體的位置、大小、運動路徑等與現實環境必須完美匹配，達到虛實相生的地步。

和AR的區別

區別一：定義

AR是Augmented Reality的字母縮寫，中文名字是“增強現實”，是一種全新人機交互技術。通過AR技術，讓參與者與虛擬對象進行實時互動，從而獲得一種奇妙的視覺體驗，而且能夠突破空間、時間以及其它客觀限制，感受到在真實世界中無法親身經歷的體驗。

VR是一種虛擬現實技術，通過計算機技術生成一種模擬環境，同時使用戶沉浸到創建出的三維動態實景，可以理解為一種對現實世界的仿真系統。而最早VR技術應用于軍事領域，最常見的產品則是頭戴顯示器。

區別二：技術

AR技術：由于需要將現實與虛擬場景結合，攝像頭是必需品。只要是帶攝像頭的電子產品手機、IPAD等，都能通過安裝AR軟件，實現AR技術。

VR技術：因為VR是純虛擬場景，所以VR裝備更多的是用于用戶與虛擬場景的互動交互，更多的使用是位置跟蹤器、數據手套（5DT之類的）、動捕系統、數據頭盔等等。VR設備往往是浸入式的，典型的設備就是oculus rift。

分別應用在：

（1）AR利用攝像頭產品，讓用戶在現實世界中跟游戲中的角色進行交互式活動。比如很火的AR手機游戲精靈寶可夢、陰陽師“現世召喚”活動就是通過手機攝像頭實現的。

（2）VR應用在大型活動、舞臺劇場、演唱會表演等各種大型現場。將虛擬對象與真實舞臺完美疊加，透過大屏幕或投影儀為觀眾呈現出一個夢幻與現實混合的三維奇觀。比如當下名聲大噪的初音未來、洛天依等虛擬歌姬的演唱會，就是通過AR技術實現的。

所以相比VR來說，AR才是更加可怕的技術。VR有點想在戴著眼鏡做白日夢或者是美夢，但AR卻是真實的。如果這樣的技術被無約束、限制的開發那后果可是很嚴重的。而隨著VR和AR的發展，它們肯定會融匯的，比如現在的混合現實——MR。

各自的劣勢：

AR技術：現階段而言，AR技術僅僅處于起步階段，要在日常生活中應用還有很多局限性，而且還有很多未知的領域等待探索。同時目前AR的應用仍停留在優化消費體驗方面，期待AR技術能早日成為我們日常生活中的一部分。

VR技術：VR頭顯設備不夠輕便，佩戴時間過長則會產生明顯的暈眩感，不利于用戶體驗。而且頭顯設備價格較為昂貴，并不能大范圍普及