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        增強現(xiàn)實技術(shù)研究綜述

        2020-12-21 21:49:00楊陽王宇哲鄒敏韓益
        視界觀·下半月 2020年9期

        楊陽 王宇哲 鄒敏 韓益

        摘要:增強現(xiàn)實技術(shù)(Augmented Reality,以下簡稱“AR”)是一項綜合性較強的技術(shù),內(nèi)容涉及計算機類多個領(lǐng)域,應(yīng)用廣泛,本文從AR概念出發(fā),對AR的實現(xiàn)及應(yīng)用進行充分闡述,并對AR的現(xiàn)狀進行論述、總結(jié),同時從已學(xué)知識的角度對AR的未來發(fā)展前景進行預(yù)測。

        關(guān)鍵詞:增強現(xiàn)實;AR;應(yīng)用領(lǐng)域

        近年來,隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展,計算機硬件的升級,人們不滿足于能夠呈現(xiàn)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(xiàn)實技術(shù)應(yīng)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(lǐng)域,在智能顯示技術(shù)、三維注冊技術(shù)、人機交互技術(shù)不斷發(fā)展的今天,引領(lǐng)了AR發(fā)展的潮流,形成了一個兼容并蓄的AR生態(tài)圈。隨著跟蹤注冊技術(shù)的進步,計算機性能的飛速發(fā)展,深度攝像機的普及,AR成為近年來的技術(shù)研究熱點,在娛樂、游戲等多個領(lǐng)域得到了應(yīng)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(yīng)圖像的技術(shù),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(shù)與新手段,它將計算機生成的虛擬物體或關(guān)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(xiàn)了對真實世界的增強。一句話概括便是運用AR技術(shù)在現(xiàn)實中實現(xiàn)“幻覺”效果。

        二、AR的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域

        軟件方面,使用到unity3D,C#,vuforia SDK,maya等技術(shù)。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(tǒng),主板安裝在鏡托上,并集成有電池。

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

        應(yīng)用領(lǐng)域主要包括游戲娛樂、藝術(shù)展覽、維修建設(shè)、軍事領(lǐng)域、地圖導(dǎo)航、醫(yī)療、教育。以下是部分應(yīng)用場景的描述:

        1.外科手術(shù)與醫(yī)藥研究:AR可以讓醫(yī)生預(yù)先進行演習(xí),虛擬生成出有關(guān)病灶的信息。通過AR技術(shù)的介入,醫(yī)生可以輕易精確地進行手術(shù)部位的定位,以此來增加手術(shù)的成功率。

        2.游戲娛樂:作為最受青年人關(guān)注的AR,從最初的VR到如今的AR游戲產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出了非凡的活力。例如POKEMON通過設(shè)備的陀螺儀、加速度計等傳感器數(shù)據(jù)來進行定位,設(shè)備旋轉(zhuǎn)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(xiàn),人們也對AR游戲充滿了憧憬,AR游戲的出現(xiàn)使人們的創(chuàng)新能力得到提升。

        3.AR展覽:通過AR技術(shù)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(wèi)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(yīng)用;另外未來可能會出現(xiàn)AR眼鏡幫助人們更好的觀察環(huán)境,比如附近的標志建筑,或在現(xiàn)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(shù)的主要手段。

        4.汽車車載系統(tǒng):將AR與車載系統(tǒng)結(jié)合,既富有科技感又方便駕駛?cè)瞬僮?。目前在該領(lǐng)域有顯著發(fā)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(huán)境。

        三、AR技術(shù)的研究發(fā)展

        醫(yī)療培訓(xùn)領(lǐng)域:AR在醫(yī)療診斷領(lǐng)域加以應(yīng)用,能夠?qū)崿F(xiàn)可視化操作處理,尤其是外科手術(shù)過程中,能夠為醫(yī)生提供患者組織器官的3D模型,使醫(yī)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(yīng)用能夠有效實現(xiàn)醫(yī)生和操作培訓(xùn)系統(tǒng)的交互,使醫(yī)生高效完成手術(shù)任務(wù)。

        協(xié)同領(lǐng)域:人們在AR開發(fā)和應(yīng)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(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)實踐活動的有效整合,為用戶提供較為良好的協(xié)同設(shè)計界面和個性化特點的操作信息[2]。

        四、AR技術(shù)的發(fā)展趨勢

        面向消費級市場,AR主要產(chǎn)品由硬件、軟件構(gòu)成,軟件由硬件衍生。根據(jù)TalkingData數(shù)據(jù),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(yù)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(yīng)用廣泛的產(chǎn)品。

        AR未來應(yīng)用于直升機設(shè)計過程時,對新產(chǎn)品的設(shè)計與制造方面會具有比較深遠的影響,產(chǎn)品在設(shè)計時,逐漸從手工發(fā)展到計算機輔助,在直升機設(shè)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(gòu)思和設(shè)計以及測試分析,使如發(fā)動機等復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計和更改變得更加容易,能夠提升直升機設(shè)計研發(fā)水平、縮短型號研制周期。AR能夠讓設(shè)計人員在設(shè)計過程中具有更加清晰和動態(tài)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(jié)論

        本文從AR的概念及應(yīng)用入手,通過對當前應(yīng)用范圍的分析,并結(jié)合當前實際發(fā)展狀況,對它的發(fā)展趨勢做出分析和預(yù)測。AR在進行有效應(yīng)用時,能夠使輸入的信息內(nèi)容在AR的基礎(chǔ)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(gòu)成虛擬和現(xiàn)實相結(jié)合的AR場景,并且利用自然交互技術(shù)實時操作空間中的信息內(nèi)容,使結(jié)果更加生動有效,比如AR和旅游業(yè)的結(jié)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(chǎn)生視覺和聽覺上的認知,增強體驗感。未來在直升機設(shè)計中,AR的應(yīng)用效果會是較為顯著的,也能為這一基礎(chǔ)的發(fā)展提供比較好的依據(jù)和推動作用。

        參考文獻:

        [1]焦?jié)捎?淺析增強現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用[J].通訊世界,2019,26(01):287-288.

        [2]吳騫華.增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)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(xiàn)實技術(shù)發(fā)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(xué)院計算機科學(xué)學(xué)院軟件工程專業(yè)2017級本科生。

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