Cloud Anchors如何实现多用户共享同一个AR场景？

在今年的Google I/O大会上，Daydream产品经理Nathan Martz 公布了最新的AR软件开发套件ARCore新版本ARCore 1.2，该版本带来了三大重要功能——Cloud Anchors、Augmented Images、SDK Sceneform。

Cloud Anchors功能，允许多用户通过网络连接共享的增强现实（AR）空间，实现多用户的AR体验。

Augmented Images类似于以前的AR扫描和QR码，但之前只能平面识别，此次新增了垂直平面识别，能更准确识别不规则物体表面。例如现在可以识别产品垂直包装面，以AR的方式呈现出包装内的产品。

全新的SDK Sceneform是一个旨在帮助Java开发者快速创建AR场景的新版SDK，无需处理整个3D开发堆栈。

ARCore 1.2 最大的更新是Cloud Anchors功能，除了多用户共享AR体验外，还有一个重要的点是，支持跨设备共享AR体验， Android和iOS用户都能通过Cloud Anchors获得多用户AR体验。

本文将从Cloud Anchors 多用户AR体验的实现原理、功能缺陷以及应用场景方面进行深入的探讨。VR陀螺请到了网易AR游戏《悠梦》的开发者应新港、Directive games的联合创始人张竹云、视+AR高级算法工程师王强对Cloud Anchors进行深度解读。

Cloud Anchors如何实现多用户共享同一个AR场景？

“这个功能其实是一个Cloud Anchors概念，anchor本身对于ARCore是一个非常重要的概念，” 视+AR王强表示，“ARCore中通过AR往现实中放置一个交互虚拟物体，需要通过Anchor指定其空间位置，只不过这个anchor以前是不能够多人共享的。”

什么是Anchors？虚拟物体在现实世界中的固定位置就是Anchors，有了这个锚点，虚拟物体就不会发生偏移，可以很好的贴合在现实环境中。要形成一个Anchors，首先需要一个SLAM系统提供相机的位置，通过相机扫描现实位置放置虚拟物体，虚拟物体的位置就会形成一个anchors，它包括了一个物理位置和一堆视觉特征。

王强补充道：“正因为有Anchors这个概念的存在，所以现在所谓的云Anchors 就很好理解了，用户A首先将本地anchor和anchor周围局部的视觉信息（比如特征点、线等），上传到云端，云端通过处理并生成三维点云信息，生成cloud anchors，同时返回其对应的ID，该ID可以共享给其他用户。其他用户（例如用户B，C等）通过该ID访问已有的cloud anchors，ARCore将本地的视觉信息上传到云端服务器，云端服务器尝试将接收的视觉信息与云端cloud anchor对应的的三维点云进行对齐，从而将多个用户的位置和姿态统一到同一坐标系下。”

Directive games张竹云对Cloud Anchors的原理分析和王强大致相同，“谷歌在ARCore 1.2的更新中加入了所谓多人模式的概念，这个机能是通过“云锚定”（Cloud anchor）来实现的。简单来说，ARcore将捕捉到用于进行运动追踪的特征点，上传并储存到云锚定的服务介质上，对比同一场景下不同用户各自的特征点，系统就可以把内容物体在不同的设备上渲染到空间中相同的位置。”

网易AR游戏应新港则认为：“它应该是通过特征点的共享（还没接入还不太确定），然后再逐渐谈到应用场景，就是它可以实现将虚拟场景的方位与朝向在多台机子上统一，这样很多多人游戏都可以做了。”

Cloud Anchors如何兼容iOS，为什么要兼容iOS？

张竹云分析其原理和安卓设备之间的AR数据交换是相同的，谷歌提供给iOS一套相应的Cloud anchor API，允许iOS 应用将对应的特征点数据上传到云端以分享至其他的设备。

王强的分析也有一定的共同点，他认为谷歌通过针对ARKit做对应的上层封装，对于开发者来说可以避免跨平台的开发带来的问题。由于ARCore在推出之时，功能和接口设计就与ARKit非常类似，因此 ARCore可以相对容易的提供一套封装和接口，从而同时兼容两个系统。

Cloud Anchor 能实现多用户AR交互是让人兴奋的，它还能够兼容iOS是令人惊讶的，但不算意外。

王强补充说道，“虽然此次I/O大会谷歌强调ARCore已经支持1亿台以上的安卓设备，但考虑到市面上安卓设备数量，实际上它的普及速度是偏慢的。目前支持ARCore的机型基本只有少数几个品牌的旗舰级的手机，因此对于AR的用户普及来说，安卓比苹果要低很多的。当谷歌表示Cloud Anchors兼容ARKit的时候大家表示惊讶，但考虑到苹果的AR用户的庞大数量，对于多人AR体验来说，通过上层兼容ARKit也是非常合理的。”

Cloud Anchors可以应用到什么场景？

张竹云、王强、应新港一致认为，多人游戏娱乐和多人协作行业应用是Cloud Anchors 的方向。

当初苹果刚推出AR功能的时候，很多人都认为AR会很快的普及到大部分的用户，因为苹果本身也有软硬件的优势，但最后结果是否定的。由于目前的AR体验并没有足够的元素吸引用户长时间使用，一方面是缺少碰撞和遮挡，缺少真实感，另一方面是缺少社交元素，用户之间没有交流，没有分享渠道，更不能共同参与AR体验，而Cloud Anchors则刚好能解决这个问题。

张竹云对此表示，“多人共享的AR空间可以说是AR未来发展至关重要的功能，只有当AR可以在人和人之间进行分享的时候，他才会真正成为日常生活中主流的，必不可少的工具。出于这个思路，可以说它的应用场景是非常广泛的，从多人协作的行业应用到交互娱乐游戏，都是它的用武之地。”

王强则认为：“互联网爆款大多都涉及社交元素。有了多用户交互之后，游戏、娱乐、工业、教育等各个行业都可以加入多人、社交AR的功能。AR未来的趋势肯定是朝着持久的，多用户的，可以分享的沉浸感更强的AR体验。”

“要实现AR MMO 前还有差距，一方面是参与人数，官方文档虽然没提及，但目前同一cloud anchors应该对同时共享的用户人数会有限制。另一方面是要做到真正的AR MMO需要构建与现实环境1:1的AR地图，只有ARCore的cloud anchors只能看做局部的小地图，构建大范围的、多人共享、可持久更新的AR地图目前仍然是行业内的难点。”

Cloud Anchors目前会有什么缺陷？

毫无疑问，Cloud Anchors对于开发者和用户都是一个很重要的功能，该功能很有可能让AR MMO游戏成为现实，该功能也是AR社交的一个补充，但现在看来，该功能尚存在一些难点和缺陷需要解决。

地板和地毯会给特征点的识别、追踪带来难度吗？ 张竹云认为：“缺少纹理的表面会给追踪带来困难，但实际上大多数地板和地毯都是有丰富细节的。”

光照、角度会影响特征点的采集，进而影响多用户交互体验吗？王强表示：“这是多用户共享的一个最大的难点，就是怎么得到不同用户相对的位置和姿态信息。光照变化、用户的观察角度、距离变化都会对视觉匹配算法的性能带来影响。”

“利用cloud anchors建立与用户图像的匹配，对于室内场景来说比较简单解决一些，室外场景下可能会需要面对白天到晚上这种光照变化更剧烈的挑战。近年来室内不同角度、角度和位置的图像匹配算法已经有长足的进步。对于室外场景下，国内外很多AR相关的公司都在做这方面的解决方案，相信这个问题也会逐步得到解决。”目前ARCore的匹配是在服务器端完成的，相对在本地实现无需过多考虑手机计算性能带来的限制。”

多用户数据上传，有可能导致云端服务器压力过大吗？王强认为，“视觉计算它本身的计算量通常是非常大的，比如说特征提取和计算特征描述子。这个不仅对服务器传输带宽压力大，对于算法的压力也很大。但谷歌之前在Tango的开发过程中，应该积累了大量的算法相关经验，在优化算法速度和性能这方面相对比较有优势。”

“但谷歌之前开发过Tango，在这方面应该有积累了大量的经验，这方面应该比较有优势，针对数据量做算法的优化，另一方面，用户与云端的通信不一定需要传输图像这种非常耗费带宽的资源，可以在本地先进行特征提取和描述子计算，然后只将描述子这种较小的东西上传到云端进行匹配，从而能减少访问服务器的压力。”

用户数据上传到云端，会不会导致数据外泄？对此王强认为问题不大，“其实谷歌也意识到这个问题，对于数据的传输、存储、访问都是有一些限制的。例如谷歌在ARCore文档中提到，创建cloud anchors中上传的原始视觉信息在7天后销毁，用来与云端匹配计算相对位置的视觉特征描述子也不会在云端存储。