摘 要：增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱 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(yīng) 圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動。這種技術(shù)最早于1990年提出。隨著隨身電子產(chǎn)品運算能力的提升，增強現(xiàn)實的用途越來越廣。

關(guān)鍵詞：增強顯示 模擬訓(xùn)練

1.引言

增強現(xiàn)實技術(shù)是近年來在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個新興的研究方向。虛擬現(xiàn)實技術(shù)最早是由 美國航空航天局 （ N ASA ） 和軍事部門為實現(xiàn)實時仿真提出 并開發(fā)出 來的一項高技術(shù)， 首先用于駕駛員訓(xùn)練的軍事模擬器中，在武器系統(tǒng)性能評價、武器操縱訓(xùn)練及指揮大規(guī)模軍事演習(xí) 等方面發(fā)揮了 重大作用。目前虛擬現(xiàn) 實技術(shù)仍處于探索中，發(fā)展相當緩慢。增強現(xiàn)實， 也稱混合現(xiàn)實是將真實環(huán)境和虛擬現(xiàn)實的景象結(jié)合起來的一種技術(shù)，增強現(xiàn)實系統(tǒng)具有虛實結(jié)合、實時交互、三維注冊的新特點。

2.增強現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)

增強現(xiàn)實系統(tǒng)需要通過分析大量的定位數(shù)據(jù)和場景信息來保證計算機生成的虛擬物體可以精確地定位在真實場景中。一般，真實場景由攝像機錄制， 攝像機的內(nèi)部參數(shù)（ 焦距和透鏡的失真率） 和外部參數(shù)（ 位置和方向） 決定了哪一部分三維立體圖 像被投影到二維平面。 同時， 虛擬物體由 計算機圖形設(shè)備在對象坐標系中建模產(chǎn)生。 圖像系統(tǒng)需要真實場景中的相關(guān)圖像信息來控制產(chǎn)生虛擬物體的虛擬攝像機的方向。 最后虛擬圖像和真實圖像融合， 就形成了增強現(xiàn)實的圖像。因此增強現(xiàn)實系統(tǒng)中一般都包含 4 個基本步驟：

（1） 獲取真實場景信息；

（2） 對真實場景和相機位置信息進行分析；

（3） 生成虛擬景物；

（4） 合并視頻或直接顯示。

增強現(xiàn)實系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括： 顯示技術(shù)、跟蹤與定位技術(shù)和交互技術(shù)。

2. 1 顯示技術(shù)

增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以通過多種設(shè)備來顯示虛擬物體和真實場景的疊加，目前最常用的就是光學(xué)式頭盔裝置和視頻式頭盔裝置光學(xué)式頭盔裝置 （ optical see through HMDs） 是把光學(xué)融合器放置在用戶眼前來實現(xiàn)增強現(xiàn)實的。這些融合器是部分透光的，以便用戶可以通過它直接觀察真實世界；同時融合器也是部分反射的，以便由頭部監(jiān)視器投射到融合器上的虛擬物體的光再反射到用戶眼里，用戶就看到了融合有虛擬物體的真實世界。視頻式頭盔裝置（ video see through HMDs） 封閉了視線，它把一個封閉的視頻頭盔同一到兩個視頻攝像機結(jié)合在一起。視頻攝像機為用戶提供真實世界中的場景，場景合成器負責把攝像機視頻和虛擬圖像進行合并。最后結(jié)果由位于封閉頭盔上的監(jiān)視器表現(xiàn)出來， 用戶便可以方便觀察到增強的真實世界。

2. 2 跟蹤與定位技術(shù)

由于要實現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實物體完美結(jié)合， 必須將虛擬物體合并到現(xiàn)實世界中 的準確 位置， 這個過程常稱為配準（ registration） ， 因此增強現(xiàn)實的跟蹤定位系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r地檢測觀察者在場景中的位置、觀察者頭部的角度， 甚至是運動的方向， 以便用來幫助系統(tǒng)決定顯示何種虛擬物體， 并按照觀察者的視場重建坐標系。在增強現(xiàn)實系統(tǒng)中， 最常用的是使用視頻檢測技術(shù)。視頻檢測就是使用模式識別技術(shù)（ 包括模板匹配、邊緣檢測等方法） 識別視頻圖像中預(yù)先定義好的標記、物體或基準點， 然后根據(jù)其偏移和轉(zhuǎn)動角度計算坐標轉(zhuǎn)換矩陣。 用視頻檢測方法進行定位不需要其他設(shè)備， 且定位精確。

2. 3 交互技術(shù)

目前許多研究人員在考慮用戶如何與增強現(xiàn)實應(yīng)用進行交互， 如何有效地在增強現(xiàn)實顯示器上表現(xiàn)信息/與虛擬信息進行交互是很困難的事。目前， 增強現(xiàn)實交互手段研究有兩個趨勢： 使用不同的設(shè)備， 取各家之長； 通過切實可行的界面， 使虛擬對象與自然界成為一個整體?，F(xiàn)在主要使用的交互方式有三種 ：

（1） 菜單： 多用于掌上電腦的應(yīng)用。

（2） 特殊標記： 用于將特殊的標記固定在用于交互的設(shè)備上。

（3） 特制工具： 一般外形簡單、易于識別、并且通過按鍵可以觸發(fā)一些系統(tǒng)事件。

3 增強現(xiàn)實技術(shù)的軍事應(yīng)用

增強現(xiàn)實因為具有真實世界和虛擬世界的融合性及實時交互的特點，使得其在未來陸/海、空、天多維一體的數(shù)字化戰(zhàn)場上大有用武之地。 20 世紀 90年代初期，增強現(xiàn)實這個名詞曾提出，美國就率先將其用于軍事領(lǐng)域。近幾年增強現(xiàn)實已進入了軍事領(lǐng)域的多個方面，并開始發(fā)揮其巨大作用。各國也都將增強現(xiàn)實在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用列為高度軍事機密。目前，增強現(xiàn)實在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在增強戰(zhàn)場環(huán)境、軍事訓(xùn)練及作戰(zhàn)指揮等方面。

3.1 增強戰(zhàn)場環(huán)境

部隊可以利用增強現(xiàn)實來增強戰(zhàn)場環(huán)境信息，在真實環(huán)境中 融合虛擬物體，可以增強真實的戰(zhàn)場場景。向系統(tǒng)中輸入部隊的位置信息，系統(tǒng)不僅能向部隊顯示真實的戰(zhàn)場場景，而且能夠通過增加虛擬物體強調(diào)肉眼無法看見的環(huán)境信息以及敵方或己方的隱藏力量來增強真實戰(zhàn)場場景的顯示，真正實現(xiàn)各種戰(zhàn)場信息的可視化。

3.2 軍事訓(xùn)練

增強現(xiàn)實可以為部隊的訓(xùn)練提供新方法， 通過增強的軍事訓(xùn) 練系統(tǒng)， 可以為軍事訓(xùn)練提供比實兵演習(xí)更加真實的戰(zhàn)場環(huán)境。士兵訓(xùn)練時通過隨身攜帶的增強現(xiàn)實系統(tǒng)，不僅可以看到真實的場景，而且可以觀察到場景中各種增加的虛擬物體，將軍事訓(xùn)練推向更加實戰(zhàn)化。

3.3 作戰(zhàn)指揮

戰(zhàn)場指揮員如何及時掌握瞬息萬變的戰(zhàn)場情況，一直是作戰(zhàn)指揮中的一大難題。將增強現(xiàn)實應(yīng)用于作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中，可以允許各級指揮員同時觀看、討論戰(zhàn)場以及與虛擬場景交互，實現(xiàn)整個戰(zhàn)場信息的高度共享，這將更有利于各級指揮員快速、正確理解上級意圖。通過增強作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)，指揮員能實時掌握各個作戰(zhàn)單元情況，有利于指揮員及時做出正確的作戰(zhàn)決策。例如，美國 海軍研究試驗室開發(fā)的戰(zhàn)場用增強現(xiàn)實系統(tǒng) （ BARS），它為城市戰(zhàn)場環(huán)境中的各級指揮官和士兵之間傳達三維戰(zhàn)術(shù)信息提供了一個實用平臺。

參考文獻：

[1] 增強現(xiàn)實技術(shù)的軍事應(yīng)用與前景展望[J].兵工學(xué)報，2006，11 （ 2） ： 40-41 .

[2] 陳靖.視頻增強現(xiàn)實系統(tǒng)及其三維注冊技術(shù)的研究[D].北京： 北京理工大學(xué)，2002： 12-13.

[3] 程委.增強現(xiàn)實及其軍事應(yīng)用研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2007，12（ 2） ： 44-45.

作者簡介：何忠海，男 ，籍貫：陜西西安，單位：陸軍邊海防學(xué)院，學(xué)歷：學(xué)士，研究方向：模擬仿真。