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增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的工作原理是什么呢？通過(guò)將數(shù)字信息疊加在周?chē)h(huán)境，AR能夠?qū)F(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界融為一體。從圖像到視頻，再到3D模型，這可以是任何種類(lèi)的數(shù)據(jù)。與虛擬現(xiàn)實(shí)的完全沉浸相比，AR用戶(hù)仍然可以感受由計(jì)算力視覺(jué)增強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)世界。
增強(qiáng)用戶(hù)周?chē)默F(xiàn)實(shí)是AR的主要的和唯一的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，解決方案有很多。但遺憾的是，不存在將計(jì)算機(jī)視覺(jué)帶到真實(shí)世界的理想方法。相關(guān)的技術(shù)可以分為幾種類(lèi)型，而每種類(lèi)型的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)都存在自己的要求，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
1.不同的AR解決方案
1.1SLAM
即時(shí)定位與地圖構(gòu)建（SLAM）是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中最先進(jìn)的技術(shù)之一。通過(guò)處理一系列復(fù)雜的算法和管理傳感器數(shù)據(jù)，SLAM可以映射未知的環(huán)境，并且同時(shí)確定自己的定位。
SLAM的概念誕生于上世紀(jì)80年代，但我們?cè)诮鼛啄瓴耪嬲_(kāi)始實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)。兩個(gè)主要的原因是：
仍然需要預(yù)先存在的環(huán)境映射來(lái)正確定位。
對(duì)設(shè)備硬件的要求相當(dāng)高，所以在以往十分難以實(shí)現(xiàn)。
大多數(shù)開(kāi)發(fā)商都認(rèn)為，SLAM將成為自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，無(wú)人駕駛飛機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、甚至機(jī)器人都將使用SLAM技術(shù)。
1.2基于標(biāo)記的AR
基于標(biāo)記的解決方案（也被稱(chēng)為“圖像識(shí)別”）是全世界最流行的方法之一?；跇?biāo)記的追蹤需要攝像頭和特殊的觸發(fā)標(biāo)記，而AR標(biāo)記可以是從二維碼到印刷圖像的任何一切。另外，觸發(fā)標(biāo)記可以集成至任何真實(shí)世界的對(duì)象中。由于設(shè)備與用戶(hù)可以輕松識(shí)別二維碼，所以這成為了流行的解決方案。
當(dāng)應(yīng)用程序識(shí)別標(biāo)記后，系統(tǒng)將恢復(fù)與之相關(guān)的特殊數(shù)字內(nèi)容。在這種情況下，系統(tǒng)將計(jì)算AR內(nèi)容和標(biāo)記的位置。所以，標(biāo)記的位置變化同樣會(huì)影響AR內(nèi)容的位置。另外，一些AR模型是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)成完全覆蓋它們的標(biāo)記。
基于疊加的方法是某種升級(jí)版技術(shù)。對(duì)于這種場(chǎng)景，一個(gè)增強(qiáng)版本的對(duì)象將取代真實(shí)的對(duì)象。這意味著雜志中的圖像可能會(huì)變成3D模型或AR視頻。另外，設(shè)備的識(shí)別能力將發(fā)揮主導(dǎo)作用。
1.3基于地理位置的AR
這種技術(shù)主要使用GPS數(shù)據(jù)，集成指南針，陀螺儀和加速度計(jì)來(lái)提供有關(guān)對(duì)象當(dāng)前位置的信息，而這些數(shù)據(jù)將決定你在身邊所找到和體驗(yàn)的AR內(nèi)容。
在這種情況下，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)內(nèi)容應(yīng)該包含附加的數(shù)據(jù)（如GPS數(shù)據(jù)），因此大部分內(nèi)容都與真實(shí)場(chǎng)所相關(guān)聯(lián)?；跓o(wú)標(biāo)記方法的應(yīng)用包括：
線(xiàn)下事件和信息。
商業(yè)和廣告彈出窗口。
導(dǎo)航支持。
1.4基于投影的AR
這種方法主要是基于投射人造光，并且感知其變化。它允許用戶(hù)與投影燈進(jìn)行交互，從而與應(yīng)用程序進(jìn)行交互。由于可以感測(cè)真實(shí)表面上已知的（或預(yù)期的）光反射差異，基于投影的方法是一種行得通的解決方案。因此，特殊的變化可以觸發(fā)應(yīng)用程序?qū)ζ渥鞒龇磻?yīng)。
基于投影的逆向方法就是科幻作品中常見(jiàn)的全息圖。對(duì)于全息圖，其主要是通過(guò)等離子體激光功能將三維交互模型直接投影至現(xiàn)實(shí)世界之中。
1.5增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備
大部分現(xiàn)代設(shè)備都能支持增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。這可以包括普通的智能手機(jī)，平板電腦，以及專(zhuān)用設(shè)備。谷歌眼鏡和平視顯示器等工具可以增強(qiáng)用戶(hù)眼前的現(xiàn)實(shí)。另外，手持設(shè)備則可以通過(guò)攝像頭來(lái)增強(qiáng)我們的現(xiàn)實(shí)，然后通過(guò)顯示屏向用戶(hù)展示結(jié)果。
隨著時(shí)間的推移，AR技術(shù)將會(huì)不斷發(fā)展。這些進(jìn)步會(huì)對(duì)AR技術(shù)的不同方面產(chǎn)生影響，特別是它們的功能和硬件要求。這將能帶來(lái)更靈活的實(shí)現(xiàn)載體，比如隱形眼鏡，甚至是視網(wǎng)膜顯示器。
2.硬件要求
與其他任何技術(shù)一樣，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)硬件或設(shè)備也提出了自己的要求。其中一些是：
2.1傳感器與攝像頭
傳感器主要用于采集有關(guān)用戶(hù)在現(xiàn)實(shí)世界中的行為信息，并將其解讀為數(shù)據(jù)。另一方面，攝像頭則用于采集有關(guān)用戶(hù)周?chē)臄?shù)據(jù)。通過(guò)處理和解讀這兩個(gè)數(shù)據(jù)流，系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩?hù)提供自然的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。
2.2處理器
無(wú)論是什么設(shè)備，它都應(yīng)該包含足夠的資源來(lái)處理和解讀信息。而且，它應(yīng)該可以訪(fǎng)問(wèn)來(lái)自以下方面的數(shù)據(jù)：
加速度計(jì)
陀螺儀
指南針
GPS
Wi-Fi連網(wǎng)（可選）
為了管理每一個(gè)數(shù)據(jù)位，設(shè)備應(yīng)該有足夠的CPU，GPU，RAM和閃存。
2.3顯示
為了向用戶(hù)提供最好的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，設(shè)備應(yīng)該擁有足夠的顯示能力。首先，它需要向用戶(hù)呈現(xiàn)AR內(nèi)容。
顯示：提供真實(shí)世界和數(shù)字模型的融合影像。
投影：提供呈現(xiàn)在任何真實(shí)世界表面上的AR內(nèi)容，無(wú)需呈現(xiàn)在顯示器中。
反射：反射鏡是投影系統(tǒng)中的關(guān)鍵，其可以從人造光束中產(chǎn)生全息圖。
3.適用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的移動(dòng)設(shè)備
智能手機(jī)和平板電腦等現(xiàn)代移動(dòng)設(shè)備都需要使用硬件，傳感器，顯示器和處理器。與此同時(shí)，今天大多數(shù)人已經(jīng)擁有了這樣的日常設(shè)備。對(duì)于移動(dòng)AR，其發(fā)展的主要優(yōu)勢(shì)在于：擁有廣闊的潛在用戶(hù)群。
另外，用戶(hù)已經(jīng)十分熟悉通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的目的。我們用移動(dòng)設(shè)備來(lái)消磨時(shí)間，用移動(dòng)設(shè)備輔助業(yè)務(wù)分析，日常活動(dòng)，興趣愛(ài)好，甚至是體育運(yùn)動(dòng)。所以，移動(dòng)AR開(kāi)發(fā)者的主要任務(wù)就是開(kāi)發(fā)出可以滿(mǎn)足受眾需求的AR產(chǎn)品。
最后，為移動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)AR應(yīng)用的成本通常比為特定AR設(shè)備開(kāi)發(fā)應(yīng)用更低。
4.特殊的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備
這個(gè)類(lèi)別包括所有專(zhuān)門(mén)為用戶(hù)提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的設(shè)備。當(dāng)然，它們彼此之間不盡相同，有著各種寬泛的功能選項(xiàng)，但所有這一切都只是用于支持AR技術(shù)的額外功能，或者只是為了簡(jiǎn)化用戶(hù)體驗(yàn)。
4.1平視顯示器
平視顯示器（HUD）可以直接在用戶(hù)視場(chǎng)中提供視覺(jué)數(shù)據(jù)。平視顯示器最初是為軍隊(duì)飛行員而設(shè)計(jì)和制造，但隨著時(shí)間的推移，民用領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了平視顯示器的應(yīng)用。除傳統(tǒng)軍事領(lǐng)域外，這種設(shè)備還用于民用航空，汽車(chē)，以及工業(yè)和體育領(lǐng)域。
從過(guò)去到現(xiàn)在，標(biāo)準(zhǔn)的平視顯示器技術(shù)堆疊主要包括三個(gè)主要部分：
投影儀單元：負(fù)責(zé)在顯示器上投影圖像。
合成器：這是用于捕捉投影儀單元的光線(xiàn)，并允許用戶(hù)看到AR圖像的玻璃。
視頻生成計(jì)算機(jī)：包括處理和生成數(shù)據(jù)所需的全部硬件。
4.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡（或者說(shuō)智能眼鏡）
自著名的谷歌眼鏡亮相以來(lái)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了一系列旨在實(shí)現(xiàn)眼鏡式AR頭顯的項(xiàng)目和初創(chuàng)公司。
Meta專(zhuān)注于谷歌眼鏡所不能實(shí)現(xiàn)的方面。他們的設(shè)備能夠?qū)R內(nèi)容疊加在用戶(hù)周?chē)沫h(huán)境中。另外，其允許用戶(hù)通過(guò)雙手操作AR內(nèi)容。
SeeThru是第一批真正實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)AR的眼戴設(shè)備。然而，它們不采集用戶(hù)周?chē)h(huán)境的信息，它們的內(nèi)容依賴(lài)于GPS數(shù)據(jù)，以及自己對(duì)相關(guān)位置所采集的數(shù)據(jù)。
Icis的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡看起來(lái)像是傳統(tǒng)的眼鏡產(chǎn)品，而且它們包含支持AR功能所需的一切。
4.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)隱形眼鏡（或者說(shuō)智能隱形眼鏡）
我們正朝著科幻作品所描述的未來(lái)前進(jìn)。三星和索尼都宣布他們正在研發(fā)支持AR的隱形眼鏡。
三星將這種隱形眼鏡作為智能手機(jī)的配件。它可以通過(guò)大量的攝像頭，傳感器和發(fā)射器來(lái)將額外的數(shù)字信息疊加在真實(shí)環(huán)境之中。
索尼很少討論增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，但他們將隱形眼鏡設(shè)計(jì)成獨(dú)立設(shè)備，并為其配備了自己的功能套件。不僅只是支持AR，索尼的設(shè)備同時(shí)能夠拍照，捕捉視頻，甚至是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
4.4虛擬視網(wǎng)膜顯示器
虛擬視網(wǎng)膜顯示器（VRD）主要是通過(guò)將低功率激光直接投射到用戶(hù)的視網(wǎng)膜上來(lái)創(chuàng)建圖像。這可以創(chuàng)建出明亮，高對(duì)比度和高分辨率的圖像。與其他增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備不同，虛擬視網(wǎng)膜顯示器不需要任何透明元素或顯示器。
5.總結(jié)
盡管增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在早已出現(xiàn)，但直到現(xiàn)在才得以大力發(fā)展。任何科技巨頭都不會(huì)忽視AR的發(fā)展趨勢(shì)，他們希望能夠成為這場(chǎng)革命的一部分。谷歌，F(xiàn)acebook，蘋(píng)果，索尼和三星至今已向AR領(lǐng)域投入了數(shù)十億美元。
但對(duì)于大多數(shù)AR開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，除了專(zhuān)用AR設(shè)備之外，移動(dòng)AR是一個(gè)不容忽視的市場(chǎng)。這主要是因?yàn)槿缦聝?yōu)勢(shì)：
世界上大部分地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了兼容移動(dòng)AR的智能手機(jī)和平板電腦。
在短期內(nèi)，大多數(shù)人都不會(huì)購(gòu)買(mǎi)智能眼鏡和智能隱形眼鏡等AR設(shè)備。
為移動(dòng)AR開(kāi)發(fā)應(yīng)用的成本比專(zhuān)用AR設(shè)備要低，而且更快，更簡(jiǎn)單。
在日常應(yīng)用中，人們更傾向于使用移動(dòng)設(shè)備而非智能眼鏡，因?yàn)檫@種設(shè)備尚未準(zhǔn)備好進(jìn)入主流市場(chǎng)。
但隨著時(shí)間的流逝，一切都可能發(fā)生改變。但可以肯定的是，AR一定能夠在未來(lái)的日常生活中找到一席之地。
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