增强现实(Augmented Reality)浅谈

增强现实(Augmented Reality)浅谈

注：未经作者本人许可，严禁任何方式的转载和复制！

互联网的下一个热潮

随着互联网的不断发展，各种需求不断的被发现和改善，Yahoo、Google、Youtube，Facebook、Twitter等的出现掀起一次又一次的热潮。那么下一个热潮将会是什么呢？
个人认为，下一个热潮很有可能将会是，在这里想给大家介绍的，最近在世界各地备受关注的增强现实(Augmented Reality)技术。
首先增强现实是什么呢？
关于增强现实有很多种定义方法，我自己的理解是：增强现实是在人们接触到的真实世界上，叠加虚拟电子信息，对真实世界的信息进行增强或者扩张，帮助利用者们从事各种活动。

 

为什么说增强现实将会是下一个热潮

现在的互联网，信息量非常的巨大，然而人们对这些信息的利用过度依赖于搜索，需要输入合适的关键词才能找到自己想要的信息。除了搜索之外，有没有更好的方式呢，能够让人们更加便利，随时随地的利用互联网上的信息呢？
人与人之间的沟通交流，现实世界过于生硬，虚拟世界过于遥远，要真正找到志同道合的知己很难，有没有介于现实和虚拟之间的一个交流平台，帮助大家找到更多的好朋友？
每天单调重复的生活，现实世界越来越感觉枯燥，有没有办法让眼前的现实世界变得更加丰富？
利用增强现实技术正好可以解决以上各种问题。一个可以改善和满足新需求的技术，难道不将会是下一个热潮？

 

关于AR的畅想

记得第一次接触到了增强现实技术时，当时真的是非常激动，因为利用该技术可以实现的应用太多了。
大家眼前所看到的不了解的东西，可以即时的了解到相关的信息，不再需要记住关键信息，拿到电脑前去搜索。
在繁杂的地铁站里，叠加在现实场景之上导向图标，告诉你应该往哪边走，就可以到达目的地。
在旅游的时候，可以即时的了解观光地的解说，历史，附近的风土人情，旅馆和餐厅等等。
戴上AR的眼镜，人们可以像X战警里面的那样，即时看到关于眼前的人的相关情报信息。
当然还有很多可以应用场景，留给大家去想像。

 

增强现实的历史

人们对增强现实的研究是从1990年代初期开始，当时需要昂贵的硬件设备。初期主要实现方式采用HMD(Head Mounted Display)。

随着个人电脑的性能不断改进，2007年左右AR的概念开始逐渐的在专门的研究者之外流传开来。
现在小型照相设备的高解析度化，以及各种Sensor的发展，移动设备上也可以实现增强现实。HMD设备的进化，越来越接近实用。

  

增强现实的适用范围

增强现实的适用范围比较广，目前在医疗，军事和游戏等领域已经有被使用的实例：
1、互联网： 将现有互联网信息附加显示在现实信息中
2、游戏娱乐：结合于现实的游戏，让玩家感受更真实
3、医疗：辅助精确的定位手术部位
4、军事：通过方位识别，获取所在地的相关地理信息等
5、古迹复原：在文化古迹的遗址上进行虚拟原貌恢复
6、工业：工业设备的相关信息显示，比如宽度，属性等
7、电视：在电视画面上显示辅助信息
8、旅游：对正在观看的风景上显示说明信息
9、建设：将建设规划效果叠加在真实场景，更加直观

增强现实的实用例 - Future For The Past

荷兰首都的考古学博物馆Allard Pierson Museum，将iMac作为窗口的增强现实系统MovableScreen，用来展示古罗马的遗迹。

新闻记事: http://www.engadget.com/tag/MovableScreen/
YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=0UODkvUTnAU

 

增强现实的实用例 - The Eye of Judgment

由索尼公司开发的，结合电视和Trading Card的增强现实型PS3游戏。将Trading Card作为标志图片，识别后显示相应游戏脚色CG。

游戏网站: http://www.jp.playstation.com/scej/title/eoj/
YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=3oGjGlxn0a0

 

增强现实的实用例 - 自动跳出的电子书

由日本某印刷公司开发的结合AR电子书，摄像头读取书上的标志图片后，在显示器中显示相应的3D动画。

官方网址: http://www.dnp-digi.com/solution/product/experience/04-3.shtml

增强现实的实用例 - BMW的MINI汽车

由德国Metaio公司开发的增强现实型电子杂志，访问BMW的网站后，将杂志 放在摄像头面前，MINI车的CG广告会跳出来。

官方网址: http://www.mini.de/de/de/webcam/index.jsp

增强现实的实用例 - 古代都市"飞鸟"

东京大学大学院情报学环池内研究所正在开发的项目"虚拟飞鸟京"，是一个采用增强现实技术的遗址复原项目。

官方网址: http://www.cvl.iis.u-tokyo.ac.jp/research/virtual-asukakyo/

手机上的增强现实实用例 - Layer

由荷兰的SPRXMobile开发的手机上的增强现实浏览器Layer。将选择的不动产，Wikipedia和Flickr等Layer，结合GPS信息等叠加在摄影图像上Android程序。

官方网址: http://layar.com/
YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=nkPHDMVxKn0

手机上的增强现实实用例 - 空间透视手机

空间透视手机根据现在地和手机朝向，采用3D立体的方式显示路标和观光景点等信息，由日本KDDI公司主导开发。

官方网址: http://www.kddilabs.jp/press/detail_102.html

手机上的增强现实实用例 - Nearest Tube

iPhone 3GS专用的增强现实地下铁向导程序，App Store上最初的增强现实程序之一，用来向导伦敦等以复杂出名的地下铁。在摄影图像上显示叠加上前方地下铁车站的信息，如到达车站的距离和路线名等。倾斜之后可以看到更远的车站的信息。

官方网址: http://www.acrossair.com/apps_nearesttube.htm
YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=U2uH-jrsSxs

手机上的增强现实实用例 - SekaiCamera

由日本Tonchidot（頓智・）公司开发的AR应用。能够在iPhone的摄像头的影像上叠加显示用户提交的评论，图片和动画。2009年9月份登陆日本的AppStore，仅4天时间下载量达到10万次。

官方网址:http://tonchidot.com/

实现增强现实的方式之一 - GPS + Sensor

说明: 通过GPS取得纬度、经度和高度，通过地磁Sensor(电子指南针)取得面向的方向，通过加速度Sensor取得倾斜的角度，然后根据这些位置信息获取相关信息后叠加显示。
必须装置: 摄像头、显示屏、GPS、地磁Sensor(电子指南针)、 加速度Sensor
相关项目: PlaceEngine、SekaiCamera、Layer

 

实现增强现实的方式之一 - 原理简介

在手机上实现GPS + Sensor方式的原理图

实现增强现实的方式之一 - 个人看法

采用这种方式的增强现实应用，在手机上实现最为合适。因为目前最新的手机比如iPhone 3GS和Anroid上已经具备GPS、地磁Sensor和加速度Sensor这些装置。再加上3G的普及，无线网络的速度提升，基本上不会觉得慢。
目前存在GPS精度问题，地磁Sensor容易受到周边设备(铁磁器等)的影响。
尽管如此，因为实现简单，目前已经有相关应用逐步登场，采用该方式的AR将会应该会最先普及。而且准天顶卫星的发射可以将GPS误差可以减小到1cm，以及将来下一代手机通信规格LTE(3.9G)的下行将达到100Mb/S。

 

实现AR的方式之二 - Marker识别

说明: 将Marker图像的信息事先保存，通过图像识别技术，在当前的图像中查找识别Marker图像，然后在Marker图像上叠加相关信息。
必须装置: 摄像头、显示屏、Marker图像
相关项目: ARToolKit(开源项目)
ARToolKit网址: http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/

 

实现增强现实的方式之二 - 原理简介

采用ARToolKit实现的AR程序截图，黑色的正方形卡片为Marker，显示在Hiro的Marker之上的是虚拟的CG动画。

Marker型AR的程序基本流程是:

1、取得摄像头的图像

2、Marker的识别

3、Marker的位置和方向检测

4、在摄像头的图像上合成CG动画然后显示

 

实现增强现实的方式之二 - 个人看法

个人看法：该技术目前相对来说比较成熟，其代表作ARToolKit适用方便简单，而且因为ARToolKit本身开源，容易接触和研究，已经被多家公司采用。并且同时也被爱好者们在其它平台上实现，比如Flash版、Android版等。
最大缺点在于需要事先定义Marker图像。而且程序当中无法获取Marker图像以外的信息，功能扩展可能被限制。
适用于游戏，杂志书籍和广告等，在指定的Marker图像上合成CG的场合。

 

实现增强现实的技术之三 - 图像分析识别

说明: 对摄影图像进行解析，识别出风景，物体和空间，然后叠加相关信息。
必须装置: 摄像头、显示屏
相关项目: PTAM(开原项目)、SREngine
PTAM的网址: http://www.robots.ox.ac.uk/~gk/publications.html#2007ISMAR 

 

实现增强现实的方式之三 - 原理简介

PTAM全名是Parallel Tracking and Mapping，是于ISMAR 2007上，由英国牛津大学的Georg Klein和David Murray发表的一篇论文。下面是其运行时的截图。

其主要原理是: 从摄影图像上捕捉特征点，然后检测出平面，在检测出的平面上建立虚拟的3D坐标，然后合成摄影图像和CG。其中，独特之处在于，立体平面的检测和图像的合成采用并行处理。

 

实现增强现实的方式之三 - 个人看法

不使用特定的信息，通过对图像进行解析，在现实图像上建立虚拟坐标，能够很自然的合成现实图像和CG。可以说是AR研究的一个目标。
目前还有很多问题有待解决。 比如需要处理数据量大，平面上的障碍物和垂直面的辨析等问题。 技术难度比较大。
离实际使用水平还有一段距离。

 

增强现实的市场

AR的市场可以分为特定用途和一般用途。特定用途比如医疗，建设等，面向的是各领域的专家。一般用途比如游戏，向导等，面向的是普通大众。
一般用途又可以分为面向事物和面向人与人之间。面向事物的AR应用一般是人们有目的的偶尔使用，比如游戏用来娱乐，向导用来帮助自己快速了解一个新的地方。面向人与人之间的增强现实应用一般是人们会每天经常适用，比如结合Twitter、Facebook等社交型应用(SNS)的AR。
从一个大的角度来说，增强现实应用的市场应该大致可以分为这三类：特定用途型，面向事物的一般用途型和面向人与人之间的一般用途型。这三种类型的增强现实应用应该会逐步登场，渐渐融入人们的生活。

 

增强现实的创业

我想世界上一定有很优秀的项目，但有的项目需要很长时间的研发，或者说投入很大，有的项目在欧美很合适，但不适合中国的文化背景。有的项目创意很新颖，但技术方面过于超前，不切合实际等等。所以最好的项目，不一定是最合适的项目。能在合适的时间，根据财力、物力以及人力找到最合适的项目是关键。
增强现实技术虽然是一个很有潜力的投资项目，但也不能盲目的去追逐，需要找到一个合适的切入点。目前中国3G牌照的已经发放，中国移动即将要开始出售的Adnroid系统的OPhone手机，中国联通引入Apple公司的iPhone，实现GPS+Sensor方式的AR应用基本要素已经完全具备。
如何利用增强现实技术的优点，结合现有互联网资源，整合或者创造新的应用，发现还未被完全满足或者崭新的需求，是问题的关键。

增强现实的IDEA之一 - 图片代替文字自动搜索

使用想象图是，用户只需要打开手机的摄像头照一下某物体，程序从摄像头获取的图像进行分析识别之后展开搜索，然后将搜索结果叠加显示在图像上，然后显示在显示屏上。
利用该程序，用户能够省略打开浏览器，输入关键词，点击搜索按钮的步骤，直接通过摄像头来自动搜索。
该IDEA涉及到技术最主要难点是图片中物体的识别，一下子实现对任何物体的识别可能有一定难度，我们可以逐步的展开，首先实现对某种类型的物体的识别，比如：书，CD。还可以和Amazon或者当当网合作等。
OpenCV最近发布了2.0版本，最初由Intel公司开发的一个开源项目，该Library主要用来对图像的分析识别，性能也不错。

增强现实的IDEA之二 - 人脸识别记忆 

当人的交际网越来越广，朋友越来越多的时候，难免有所忘记。比如当某天偶然遇到以前见过的朋友时， 一下子却想不起名字来，或者根本就不记得，那时可能会比较尴尬，也有可能因此而失去这位朋友。
名片夹里名片太多，可能大部分自己都忘了什么时候收到的。对方是谁，长什么样子等等，都有可能都忘得一干二净了。
怎么办呢？硬盘上存储的东西，可不会这么容易丢。所以，我们可以做这样一个系统，以人脸为KEY，建立一个电子名片系统，利用HMD(比如：眼镜)之类的设备来输入人的脸相，再次遇见对方时，其电子名片会自动显示在HMD上。
也可以将人们在Twitter上的最新发言，显示在人们的头顶上。

 

增强现实的IDEA之三 - 虚拟和现实之间的沟通交流平台

在现实生活中，人们随时随地都会有很多说话沟通的欲望。
有的人喜欢说说自己对某事物的看法和意见，并且希望得到他人的认可，或者找到志同道合的朋友。
有的人喜欢表达自己的意见，比如，在某餐馆吃完饭，觉得这里味道不错，想推荐给其他人。
有的人喜欢写出自己的心情，跟好朋友一起分享喜怒哀乐。
利用增强现实可以建立基于手机，GPS，可以在随时随地发表言论，在线的交流，建立朋友关系，自己公开的言论可以显示在真实的摄像中等。

增强现实的IDEA之四 - 基于AR的GPS向导

现在的GPS向导器，基本上主要是基于地图来导航。然而对所在地不熟悉的人，有时很难判断眼前所看到的地方，是否和GPS向导器在地图上所显示的地方相吻合。换句话说也就是不够直观，大家可能都需要想一下，分辨一下东南西北之后才能看明白。
如果能将向导信息，直接叠加显示在人们眼前所看到的街道上，一定会更加容易理解。GPS通信方式基本不变，改变数据所显示的方式。
现在带有GPS功能的手机越来越多，Android和iPhone 3G S都带有电子指南针和加速度探测器， GPS相关的应用通过手机应该会很容易普及，而不需要另外花钱购买GPS向导器。

 

最后，文章有点长，非常感谢大家阅读到这里。

 

备注： 出于学习交流的目的，本文中有部分文字和图片来自互联网，如有侵犯知识产权的地方，请及时与我联系。