什么是增強現實技術？包括哪些內容？應用一覽

1.什么是增強現實技術

增強現實技術是指通過科技手段將虛擬信息和真實環境實時地疊加在一起，從而達到二者相互融合效果的一門技術，它基于虛擬現實發展而來，是當今最具發展前景的技術之一。

2.增強現實技術包括哪些內容

(1)技術硬件：增強現實的硬件組件包括:處理器、顯示器、傳感器和輸入設備。像智能手機和平板電腦這樣的現代移動計算設備就包含了這些元素，這些元素通常包括相機和微機電系統(MEMS)傳感器，如加速計、GPS和固態羅盤，使它們適合于AR平臺。在增強現實中使用了兩種技術：衍射波導和反射波導。

(2)顯示：增強現實在呈現上使用了各種技術，包括光學投影系統，監視器，手持式設備和顯示系統。頭戴式顯示器(HMD)即頭顯，可能是AR/VR領域出現頻率最高的詞語，典型的頭戴式顯示器是一個護目鏡或者頭盔式的設備，HMD將物理世界和虛擬對象的圖像放置在用戶的視野上，可以實現虛擬現實(VR)、增強現實(AR)、混合現實(MR)等不同效果。

(3)眼鏡：可以在類似于眼鏡的設備上呈現增強現實場景。這些版本包括使用攝像頭截取真實世界視圖并通過目鏡重新顯示其增強視角的眼鏡，以及通過眼鏡鏡片表面投射或反射AR圖像的設備。

(4)平視顯示器：平視顯示器(HUD)可顯示數據而無需用戶將視線從通常的視線移開。平視顯示器是增強現實技術的先驅，最早是在20世紀50年代為飛行員開發的，它將簡單的飛行數據投射到他們的視線中，從而使他們可以保持“抬頭”，而不是低頭看儀器。

(5)隱形眼鏡：顯示AR成像的隱形眼鏡正在開發中。這些仿生隱形眼鏡可能包含嵌入鏡片的顯示元素，包括集成電路、led和用于無線通信的天線。第一個隱形眼鏡顯示在1999年由史蒂夫·曼申請專利，本打算與AR眼鏡結合使用，但這個項目被放棄了;另一種隱形眼鏡是為美國軍方開發的，其設計目的是與增強現實眼鏡配合使用，使士兵能夠同時在眼鏡上聚焦近眼的增強現實圖像和遙遠的現實世界物體。

(6)虛擬視網膜顯示器：虛擬視網膜顯示器(VRD)是華盛頓大學人機界面技術實驗室開發的一種個人顯示設備。通過這項技術，顯示器被直接掃描到觀眾的視網膜上。這將產生具有高分辨率和高對比度的明亮圖像。觀眾看到的似乎是一個傳統的顯示器漂浮在太空中。

虛擬視網膜顯示創建的圖像可以在環境日光和環境房間光中看到。VRD由于其高分辨率、高對比度和高亮度的組合而被認為是用于外科手術顯示器的優選候選方案。其他試驗表明，VRD作為一種顯示技術在視力較低的患者中具有很高的應用潛力。

(7)手持式顯示器：手持式顯示器對用戶來說更加便攜。目前移動設備通常采用視頻透視式來實現增強現實(AR)最初的手持AR采用基準標記、和后來的GPS單元和MEMS傳感器，如數字羅盤和六自由度加速度陀螺儀。今天，同步定位和繪圖(SLAM)無標記跟蹤器，如PTAM(并行跟蹤和繪圖)開始投入使用。手持AR設備的兩個主要優勢是設備的便攜性和拍照手機的普遍性。缺點是，用戶必須始終將手持設備舉在面前，同時，與通過眼睛觀察的現實世界相比，廣角攝像頭的失真效果。

(8)追蹤系統：現代移動增強現實系統使用了以下一種或多種運動跟蹤技術：數碼相機和/或其他光學傳感器，加速度計，GPS，陀螺儀，固態羅盤，射頻識別(RFID)。這些技術提供了不同水平的精度和精確度。

(7)聯網：由于移動設備，尤其是可穿戴設備的廣泛采用，移動增強現實應用程序越來越受歡迎。但是，它們通常依賴于具有極高延遲要求的計算密集型計算機視覺算法。為了彌補計算能力的不足，通常需要將數據處理工作轉移到遠程機器上。計算分流在應用程序中引入了新的限制，特別是在延遲和帶寬方面。盡管存在大量的實時多媒體傳輸協議，但也需要網絡基礎結構的支持。

(8)輸入設備：這些技術包括將用戶的口語轉換為計算機指令的語音識別系統，以及通過視覺檢測或從嵌入在外圍設備(例如手寫筆，手套或其他身體上的傳感器)中的傳感器來解釋用戶的身體運動的手勢識別系統。

(9)開發設計：在消費產品中實施增強現實需要考慮應用程序的設計以及技術平臺的相關約束。由于AR系統嚴重依賴于用戶的沉浸感以及用戶與系統之間的交互，因此設計可以促進虛擬化的采用。對于大多數增強現實系統，可以遵循類似的設計準則。

(10)情景設計：情景設計側重于最終用戶的物理周圍環境，空間和可訪問性，這些在使用AR系統時可能會發揮作用。開發者應注意最終用戶可能遇到的物理情況。通過評估每種物理情況，可以避免潛在的安全隱患，并且可以進行更改以進一步改善最終用戶的沉浸感。UX設計人員將必須為相關的物理場景定義用戶旅程，并定義界面對每種場景的反應。

特別是在增強現實系統中，至關重要的是還要考慮影響增強現實技術有效性的空間和周圍元素。諸如燈光和聲音之類的環境因素可能會阻止AR設備傳感器檢測到必要的數據，并破壞最終用戶的沉浸感。

(11)交互設計：增強現實技術中的交互設計以用戶與最終產品的互動為中心，以改善整體用戶體驗和娛樂性。交互設計的目的是通過組織呈現的信息來避免疏遠或混淆用戶。由于用戶交互依賴于用戶的輸入，因此設計人員必須使系統控件更易于理解和訪問。提高增強現實應用程序可用性的一項常用技術是在設備的觸摸顯示器中發現經常訪問的區域，并設計應用程序以匹配這些控制區域。構建用戶使用線路圖和顯示的信息流也很重要，這可以減少系統的總體認知負荷并極大地改善應用程序的學習曲線。

(12)視覺設計：為了改善圖形界面元素和用戶交互，開發人員可以使用視覺提示來通知用戶設計了哪些UI元素與之交互以及如何與它們交互。由于在AR應用程序中導航對于入門用戶比較比較難以理解，因此視覺提示設計可以使交互看起來更加自然。

在某些使用2D設備作為交互式表面的增強現實應用程序中，2D控制環境無法在3D空間中很好地轉換，從而使用戶不愿探索周圍的環境。為解決此問題，設計人員應運用視覺提示來協助和鼓勵用戶探索周圍的環境。

3.增強現實技術的應用舉例

(1)建筑：AR可以幫助可視化建筑項目。AR還可以在建筑師的工作空間中使用，以渲染其2D圖紙的動畫3D可視化效果。借助AR應用程序，可以增強建筑的視覺效果，允許用戶查看建筑物的外部，以虛擬方式查看建筑物的墻壁，查看建筑物的內部對象和布局。

(2)城市設計與規劃：AR系統已用作在構建環境中進行設計和規劃的協作工具。例如，AR可用于創建投影到桌面上的增強現實地圖，建筑物和數據源，以供建筑環境專業人員進行協作查看。Outdoor AR承諾可以將設計和計劃疊加在現實世界中，重新定義了這些專業的職責，以將原位設計納入其流程。設計選項可以在現場進行表達，比2D地圖和3D模型之類的傳統桌面機制更接近現實。

(3)教育：在教育環境中，AR已用于補充標準課程。文字，圖形，視頻和音頻可以疊加到學生的實時環境中。教科書，抽認卡和其他教育性閱讀材料可能包含嵌入的“標記”或觸發器，當被AR設備掃描時，它們會為以多媒體格式呈現的學生提供補充信息。

在高等教育中，Studierstube系統Construct3D使學生能夠學習機械工程概念，數學或幾何?；瘜WAR應用程序允許學生使用手持在手中的標記物可視化分子的空間結構并與之交互。其他人使用免費的應用程序HP Reveal來創建用于研究有機化學機制的AR記錄卡，或創建有關如何使用實驗室儀器的虛擬演示。

(4)工業制造業：AR使機器維護效率更高，因為它使操作員可以直接訪問機器的維護歷史記錄。虛擬手冊可幫助制造商適應快速變化的產品設計，因為與紙質手冊相比，數字指令更易于編輯和分發

數字指令消除了操作員在遠離工作區的地方看屏幕或手冊的需要，從而提高了操作員的安全性。通過向操作員提供有關機器狀態和安全功能以及工作區危險區域的其他信息，使用AR可以提高操作員在高負荷工業機械附近工作時的安全感。

(5)商業：AR用于整合印刷和視頻營銷?？梢允褂媚承坝|發”圖像來設計印刷的營銷材料，當這些圖像由具有AR功能的設備使用圖像識別功能進行掃描時，就會激活促銷材料的視頻版本。增強現實與簡單圖像識別之間的主要區別在于，可以同時在視圖屏幕中疊加多個媒體，例如社交媒體共享按鈕，頁面內視頻甚至音頻和3D對象。

以上就是有關于增強現實技術的定義、組成及應用舉例的全部內容，如果還想了解更多增強現實的相關內容，敬請關注三個皮匠報告的行業知識欄目。

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