增强现实技术研究综述

杨阳 王宇哲 邹敏 韩益

摘要：增强现实技术（Augmented Reality，以下简称“AR”）是一项综合性较强的技术，内容涉及计算机类多个领域，应用广泛，本文从AR概念出发，对AR的实现及应用进行充分阐述，并对AR的现状进行论述、总结，同时从已学知识的角度对AR的未来发展前景进行预测。

关键词：增强现实;AR;应用领域

近年来，随着虚拟现实技术发展，计算机硬件的升级，人们不满足于能够呈现虚拟场景，越来越期待能够与虚拟世界进行交互，因而增强现实技术应运而生。国际众多公司纷纷试水：苹果、谷歌、微软、英特尔等高科技公司相继涌入AR领域，在智能显示技术、三维注册技术、人机交互技术不断发展的今天，引领了AR发展的潮流，形成了一个兼容并蓄的AR生态圈。随着跟踪注册技术的进步，计算机性能的飞速发展，深度摄像机的普及，AR成为近年来的技术研究热点，在娱乐、游戏等多个领域得到了应用。

一、AR的基本概念

AR是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，最早于1990年提出。包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器溶合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段，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。一句话概括便是运用AR技术在现实中实现“幻觉”效果。

二、AR的关键技术及应用领域

软件方面，使用到unity3D，C#，vuforia SDK，maya等技术。硬件方面，眼镜主要分为主板、摄像头、镜片、微型投影仪、眼镜框架等，主板上有嵌入式的安卓系统，主板安装在镜托上，并集成有电池。

其中，关键技术主要包括：三维跟踪注册技术、虚实融合顯示技术、智能交互技术[1]。

应用领域主要包括游戏娱乐、艺术展览、维修建设、军事领域、地图导航、医疗、教育。以下是部分应用场景的描述：

1.外科手术与医药研究：AR可以让医生预先进行演习，虚拟生成出有关病灶的信息。通过AR技术的介入，医生可以轻易精确地进行手术部位的定位，以此来增加手术的成功率。

2.游戏娱乐：作为最受青年人关注的AR，从最初的VR到如今的AR游戏产业展现出了非凡的活力。例如POKEMON通过设备的陀螺仪、加速度计等传感器数据来进行定位，设备旋转可以利用陀螺仪获取，而位移可通过加速度计测得。随着部分AR主题电影的出现，人们也对AR游戏充满了憧憬，AR游戏的出现使人们的创新能力得到提升。

3.AR展览：通过AR技术向用户更加全面的展示和表达。例如，Sky Guide AR通过将手机对准天空就可自动找寻附近的星座、卫星，也可检测到附近重要的星体活动。对星体存有兴趣的人来说是非常好的一款应用;另外未来可能会出现AR眼镜帮助人们更好的观察环境，比如附近的标志建筑，或在现实中标出一条路线;当然不仅仅于此，未来它还可能成为展览技术的主要手段。

4.汽车车载系统：将AR与车载系统结合，既富有科技感又方便驾驶人操作。目前在该领域有显著发展的奔驰汽车，将汽车的实况显示在屏幕上，驾驶员可以及时了解汽车的状况和周围环境。

三、AR技术的研究发展

医疗培训领域：AR在医疗诊断领域加以应用，能够实现可视化操作处理，尤其是外科手术过程中，能够为医生提供患者组织器官的3D模型，使医生在患者治疗时，明确患者的实时状况，从而让患者得到准确有效的治疗，AR的应用能够有效实现医生和操作培训系统的交互，使医生高效完成手术任务。

协同领域：人们在AR开发和应用的过程中，允许用户对3D模型同时观看和讨论，其主要是在远程终端系统的基础上实现实践活动的有效整合，为用户提供较为良好的协同设计界面和个性化特点的操作信息[2]。

四、AR技术的发展趋势

面向消费级市场，AR主要产品由硬件、软件构成，软件由硬件衍生。根据TalkingData数据，截止2016年12月，我国移动终端已达到13.7亿台，随着5G的诞生，预计在未来1-3年，移动端软件、头戴显示器将成为两项尤为重要且应用广泛的产品。

AR未来应用于直升机设计过程时，对新产品的设计与制造方面会具有比较深远的影响，产品在设计时，逐渐从手工发展到计算机辅助，在直升机设计过程中采用AR，使真实物体与虚拟物体综合在一起，并且对虚拟物体加以构思和设计以及测试分析，使如发动机等复杂系统的设计和更改变得更加容易，能够提升直升机设计研发水平、缩短型号研制周期。AR能够让设计人员在设计过程中具有更加清晰和动态化的流程指南，使其中附加的文字和图像更加生动和易于理解[3]。

五、结论

本文从AR的概念及应用入手，通过对当前应用范围的分析，并结合当前实际发展状况，对它的发展趋势做出分析和预测。AR在进行有效应用时，能够使输入的信息内容在AR的基础上得以有效处理，从而得到比较真实的场景空间，再使虚拟信息叠加到真实场景中，构成虚拟和现实相结合的AR场景，并且利用自然交互技术实时操作空间中的信息内容，使结果更加生动有效，比如AR和旅游业的结合可以使用户陶醉在虚拟世界之中。它能极大地满足用户的需求，产生视觉和听觉上的认知，增强体验感。未来在直升机设计中，AR的应用效果会是较为显著的，也能为这一基础的发展提供比较好的依据和推动作用。

参考文献：

[1]焦泽宇.浅析增强现实技术及其应用[J].通讯世界，2019，26（01）：287-288.

[2]吴骞华.增强现实（AR）技术应用与发展趋势[J].通讯世界，2019，26（01）：289-290.

[3]吴雪薇，王利双，张盈盈.增强现实技术发展趋势研究[J].科技视界，2019（30）：223-224+177.

作者简介：杨阳（1998-），男，汉族，江苏泰州人，武汉东湖学院计算机科学学院软件工程专业2017级本科生。