AR（增强现实）的技术原理

概 述

增强现实（Augmented Reality，简称AR），增强现实技术也被称为扩增现实，AR增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容，其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟信息内容在真实世界中加以有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验。真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。

增强现实技术不仅能够有效体现出真实世界的内容，也能够促使虚拟的信息内容显示出来，这些细腻内容相互补充和叠加。在视觉化的增强现实中，用户需要在头盔显示器的基础上，促使真实世界能够和电脑图形之间重合在一起，在重合之后可以充分看到真实的世界围绕着它。增强现实技术中主要有多媒体和三维建模以及场景融合等新的技术和手段，增强现实所提供的信息内容和人类能够感知的信息内容之间存在着明显不同。

关 键 组 成

增强现实系统在功能上主要包括四个关键部分，其中，图像采集处理模块是采集真实环境的视频，然后对图像进行预处理;而注册跟踪定位系统是对现实场景中的目标进行跟踪，根据目标的位置变化来实时求取相机的位姿变化，从而为将虚拟物体按照正确的空间透视关系叠加到真实场景中提供保障;虚拟信息渲染系统是在清楚虚拟物体在真实环境中的正确放置位置后，对虚拟信息进行渲染；虚实融合显示系统是将渲染后的虚拟信息叠加到真实环境中再进行显示。

技 术 原 理

AR的三大技术要点：三维注册（跟踪注册技术）、虚拟现实融合显示、人机交互。其流程是首先通过摄像头和传感器将真实场景进行数据采集，并传入处理器对其进行分析和重构，再通过AR头显或智能移动设备上的摄像头、陀螺仪、传感器等配件实时更新用户在现实环境中的空间位置变化数据，从而得出虚拟场景和真实场景的相对位置，实现坐标系的对齐并进行虚拟场景与现实场景的融合计算，最后将其合成影像呈现给用户。用户可通过AR头显或智能移动设备上的交互配件，如话筒、眼动追踪器、红外感应器、摄像头、传感器等设备采集控制信号，并进行相应的人机交互及信息更新，实现增强现实的交互操作。其中，三维注册是AR技术之核心，即以现实场景中二维或三维物体为标识物，将虚拟信息与现实场景信息进行对位匹配，即虚拟物体的位置、大小、运动路径等与现实环境必须完美匹配，达到虚实相生的地步。

和AR的区别

区别一：定义

AR是Augmented Reality的字母缩写，中文名字是“增强现实”，是一种全新人机交互技术。通过AR技术，让参与者与虚拟对象进行实时互动，从而获得一种奇妙的视觉体验，而且能够突破空间、时间以及其它客观限制，感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。

VR是一种虚拟现实技术，通过计算机技术生成一种模拟环境，同时使用户沉浸到创建出的三维动态实景，可以理解为一种对现实世界的仿真系统。而最早VR技术应用于军事领域，最常见的产品则是头戴显示器。

区别二：技术

AR技术：由于需要将现实与虚拟场景结合，摄像头是必需品。只要是带摄像头的电子产品手机、IPAD等，都能通过安装AR软件，实现AR技术。

VR技术：因为VR是纯虚拟场景，所以VR装备更多的是用于用户与虚拟场景的互动交互，更多的使用是位置跟踪器、数据手套（5DT之类的）、动捕系统、数据头盔等等。VR设备往往是浸入式的，典型的设备就是oculus rift。

分别应用在：

（1）AR利用摄像头产品，让用户在现实世界中跟游戏中的角色进行交互式活动。比如很火的AR手机游戏精灵宝可梦、阴阳师“现世召唤”活动就是通过手机摄像头实现的。

（2）VR应用在大型活动、舞台剧场、演唱会表演等各种大型现场。将虚拟对象与真实舞台完美叠加，透过大屏幕或投影仪为观众呈现出一个梦幻与现实混合的三维奇观。比如当下名声大噪的初音未来、洛天依等虚拟歌姬的演唱会，就是通过AR技术实现的。

所以相比VR来说，AR才是更加可怕的技术。VR有点想在戴着眼镜做白日梦或者是美梦，但AR却是真实的。如果这样的技术被无约束、限制的开发那后果可是很严重的。而随着VR和AR的发展，它们肯定会融汇的，比如现在的混合现实——MR。

各自的劣势：

AR技术：现阶段而言，AR技术仅仅处于起步阶段，要在日常生活中应用还有很多局限性，而且还有很多未知的领域等待探索。同时目前AR的应用仍停留在优化消费体验方面，期待AR技术能早日成为我们日常生活中的一部分。

VR技术：VR头显设备不够轻便，佩戴时间过长则会产生明显的晕眩感，不利于用户体验。而且头显设备价格较为昂贵，并不能大范围普及