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增强现实技术带你体验虚实世界

2014/9/1        作者:e-works  吴星星      
关键字:增强现实技术  即时互动  
本文对对增强现实技术的原理、国内外研究现状、应用领域、未来发展趋势等方面做了详细介绍,简要得概述了增强现实的关键技术及软硬件平台,围绕国内从事增强现实技术的厂商产品及解决方案做了阐述,并附上了典型案例,是对新技术的宣传,让更多的人、更多的企业了解增强现实技术。

一、什么是增强现实技术?

    增强现实这门技术曾经局限于实验室,随着计算机软、硬件能力的提高,已经开始快速的进入到大众视野,并在会展、营销、科教、设计、出版、娱乐等领域发挥越来越重要的作用,被时代周刊列为当前最具活力和前景的十大技术之一。而最近由Gartner数十位优秀的本土分析师所做的最新的研究报告也显示,增强现实技术被入选为2014中国十大战略技术趋势之一。那么,究竟什么是增强现实技术呢?

    增强现实(Augmented Reality),简称AR,是利用计算机生成一种逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉和各种感觉的虚拟环境,通过各种传感设备使用户“沉浸”到该环境中,实现用户和环境直接进行自然交互。它是一种全新的人机交互技术,利用这样一种技术可以模拟真实的现场景观,它是以交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性,而且能够突破空间、时间以及其它客观限制,感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。简言之,增强现实就是把真实世界连接到数字世界的一门技术。

    增强现实技术有三个核心组成要素:

    1、(Combines real and virtual)虚实结合

    虚实结合,可以理解为在一个真实场景中无缝融入虚拟对象的空间,为人们带来一个视觉效果更真实、场景信息更丰富的新环境。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。

    2、(Interactive in real time)即时互动

    即时互动,字面理解为马上沟通、马上交流,在增强现实技术中其含义则是: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。

    3、(Registered in 3-D)3D定位

    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。

    增强现实技术在实际应用中要涉及多种因素,因此其技术研究对象范围包括信号处理、计算机图形和图像处理、人机界面和心理学、移动计算、计算机网络、分布式计算、信息获取和信息可视化、以及新型显示器和传感器等。

    增强现实的工作原理可以概括为:首先用摄像机拍摄现实场景;然后,通过计算机视觉技术捕获识别标记,实时记录它的位置和方向;最后,将数据平台中存储的虚拟3D对象与真实场景叠加到这一位置,实现同步,从而达到虚实融合的效果。此处需要特别解释一下“识别标识”中的“标识”,标识就是标志识别,分为人工和非人工两类,标志识别的过程有对包含人工标志的图像进行二值化、采用连通域提取的算法实现标志区域识别等。标识的作用是向虚拟物体提供绘制信息。

    增强现实作为一门时尚的技术,其特点为:

    1、AR的优越性体现在实现虚拟事物和真实环境的结合,让真实世界和虚拟物体共存。

    2、AR实现虚拟世界和真实世界的实时同步,满足用户在现实世界中真实地感受虚拟空间中模拟的事物,增强使用的趣味性和互动性。

    简而言之,增强现实技术就是借助计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象,并通过传感技术将虚拟对象准确"放置"在真实环境中,借助显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体,并呈现给使用者一个感官效果真实的新环境。

责任编辑:吴星星
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