增强现实技术在国内外的发展和应用-深圳市千鼎科技有限公司

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增强现实技术在国内外的发展和应用

2013-01-14

增强现实技术(Augmented Reality Technique,简称AR),是在虚拟现实基础上发展起来的新技术,是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术,并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中,从而实现对现实的“增强”。它将计算机生成的虚拟物体或关于真实物体的非几何信息叠加到真实世界的场景之上,实现了对真实世界的增强。同时,由于用于与真实世界的联系并未被切断,交互方式也就显得更加自然。

增强现实的用户可以戴上透明的护目镜,透过它看到整个世界,连同计算机生成而投射到这一世界表面的图像,从而使物理世界的景象超出用户的日常经验之外。这种增强的信息可以是在真实环境中与之共存的虚拟物体,也可以是实际存在的物体的非几何信息

为了改善效果,增强现实所投射的图像必须在空间定位上与用户相关。当用户转动或移动头部时,视野变动,计算机产生的增强信息随之做相应的变化。这是依靠三维环境注册系统实现的。这种系统实时检测用户头部位置和视线方向,为计算机提供添加虚拟信息在投影平面中映射位置的依据,并将这些信息实时显示在荧光屏的正确位置

人文智能以将处理设备和人的身心能力结合起来为特点。它并非仿真人的智能,而是试图发挥传感器、可穿戴计算机等技术的优势,使人们能够捕获自己的日常经历、记忆所见所闻,并与他人进行更有效的交流。在这一意义上,它是人的身心的扩展。作为智能,它基于用户在计算过程中的反馈,并不要求有意识的思考与努力。目前,国外从事增强现实研究的高校有美国哥伦比亚大学麻省理工学院北卡罗来纳大学华盛顿大学英国剑桥大学日本东京大学庆应大学澳大利亚南澳大学等;企业有德国西门子公司美国施乐公司、日本索尼公司北京摩拓为MOTOVI等。国内北京理工大学国防科技大学西安石油学院电子科技大学华中科技大学上海大学等机构亦已开展这方面的研究

它可以将显示器屏幕扩展到真实环境,使计算机窗口与图标叠映于现实对象,由眼睛凝视或手势指点进行操作;让三维物体在用户的全景视野中根据当前任务或需要交互地改变其形状和外观;对于现实目标通过叠加虚拟景象产生类似于X光透视的增强效果;将地图信息直接插入现实景观以引导驾驶员的行动;通过虚拟窗口调看室外景象、使墙壁仿佛变得透明

它使交互从精确的位置扩展到整个环境,从简单的人面对屏幕交流发展到将自己融合于周围的空间与对象中。运用信息系统不再是自觉而有意的独立行动,而是和人们的当前活动自然而然地成为一体。交互性系统不再是具备明确的位置,而是扩展到整个环境。三是三维注册,即根据用户在三维空间的运动调整计算机产生的增强信息

户内型增强现实从广义上说包括各种将数据层覆盖于建筑物内部物理空间的实践,为建筑师、壁画师、展览设计师和新媒体艺术家所关心。例如,德国建筑师利贝斯坎得(Daniel Liberskind)在设计柏林犹太博物馆时,将显示二次大战前该馆现址附近犹太人居住点的地图投射到建筑表面上,使数据空间物质化,变成重新塑造物理空间的力量。又如,加拿大艺术家加迪夫(Janet Cardiff)引导观众在物理空间中遵循她由便携式CD播放器或摄像机所传达的指令(如下楼梯看窗口等)而行动,变成她所设计的故事的参与者(1995)。在这一过程中,观众所处的物理空间为信息空间所增强,具备了平常所没有、为故事所赋予的含义。这一作品以音响散步audio walk)著称。相对而言,狭义的户内型增强现实是在计算机技术支持下发展起来的。它允许用户在现实环境中与虚拟物体交互,例如,韩国开发的增强现实游戏ARPushPush运用追踪器检测用户的运动,并通过头盔显示器为用户提供包含了虚拟景观的视野。北京理工大学开发的增强现实海底漫游系统让用户得以使用交互体验设备和虚拟场景中的海洋生物互动、嬉戏

户外型增强现实运用GPS与定位传感器,以背包携带计算机系统,将增强现实带到户外。哥伦比亚大学开发的移动增强现实系统(Mobile Augmented Reality Systems,MARS,1996)是早期例证。它运用了三维显示系统、移动计算、无线网络等技术。其后出现的系统有南澳大学可穿戴计算机实验室开发的Id Software公司《地震》游戏的增强现实版ARQuake(2000)等。ARQuake提供了第一人称射手,允许用户在现实世界中四处运动,同时在计算机生成的世界中玩游戏。它使用了GPS、定向传感器、肩背电脑等设备。奥地利格拉兹技术大学、维也纳技术大学等单位也在开发户外型增强现实系统。