什么是增强现实技术？包括哪些内容？应用一览

1.什么是增强现实技术

增强现实技术是指通过科技手段将虚拟信息和真实环境实时地叠加在一起，从而达到二者相互融合效果的一门技术，它基于虚拟现实发展而来，是当今最具发展前景的技术之一。

2.增强现实技术包括哪些内容

(1)技术硬件：增强现实的硬件组件包括:处理器、显示器、传感器和输入设备。像智能手机和平板电脑这样的现代移动计算设备就包含了这些元素，这些元素通常包括相机和微机电系统(MEMS)传感器，如加速计、GPS和固态罗盘，使它们适合于AR平台。在增强现实中使用了两种技术：衍射波导和反射波导。

(2)显示：增强现实在呈现上使用了各种技术，包括光学投影系统，监视器，手持式设备和显示系统。头戴式显示器(HMD)即头显，可能是AR/VR领域出现频率最高的词语，典型的头戴式显示器是一个护目镜或者头盔式的设备，HMD将物理世界和虚拟对象的图像放置在用户的视野上，可以实现虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)等不同效果。

(3)眼镜：可以在类似于眼镜的设备上呈现增强现实场景。这些版本包括使用摄像头截取真实世界视图并通过目镜重新显示其增强视角的眼镜，以及通过眼镜镜片表面投射或反射AR图像的设备。

(4)平视显示器：平视显示器(HUD)可显示数据而无需用户将视线从通常的视线移开。平视显示器是增强现实技术的先驱，最早是在20世纪50年代为飞行员开发的，它将简单的飞行数据投射到他们的视线中，从而使他们可以保持“抬头”，而不是低头看仪器。

(5)隐形眼镜：显示AR成像的隐形眼镜正在开发中。这些仿生隐形眼镜可能包含嵌入镜片的显示元素，包括集成电路、led和用于无线通信的天线。第一个隐形眼镜显示在1999年由史蒂夫·曼申请专利，本打算与AR眼镜结合使用，但这个项目被放弃了;另一种隐形眼镜是为美国军方开发的，其设计目的是与增强现实眼镜配合使用，使士兵能够同时在眼镜上聚焦近眼的增强现实图像和遥远的现实世界物体。

(6)虚拟视网膜显示器：虚拟视网膜显示器(VRD)是华盛顿大学人机界面技术实验室开发的一种个人显示设备。通过这项技术，显示器被直接扫描到观众的视网膜上。这将产生具有高分辨率和高对比度的明亮图像。观众看到的似乎是一个传统的显示器漂浮在太空中。

虚拟视网膜显示创建的图像可以在环境日光和环境房间光中看到。VRD由于其高分辨率、高对比度和高亮度的组合而被认为是用于外科手术显示器的优选候选方案。其他试验表明，VRD作为一种显示技术在视力较低的患者中具有很高的应用潜力。

(7)手持式显示器：手持式显示器对用户来说更加便携。目前移动设备通常采用视频透视式来实现增强现实(AR)最初的手持AR采用基准标记、和后来的GPS单元和MEMS传感器，如数字罗盘和六自由度加速度陀螺仪。今天，同步定位和绘图(SLAM)无标记跟踪器，如PTAM(并行跟踪和绘图)开始投入使用。手持AR设备的两个主要优势是设备的便携性和拍照手机的普遍性。缺点是，用户必须始终将手持设备举在面前，同时，与通过眼睛观察的现实世界相比，广角摄像头的失真效果。

(8)追踪系统：现代移动增强现实系统使用了以下一种或多种运动跟踪技术：数码相机和/或其他光学传感器，加速度计，GPS，陀螺仪，固态罗盘，射频识别(RFID)。这些技术提供了不同水平的精度和精确度。

(7)联网：由于移动设备，尤其是可穿戴设备的广泛采用，移动增强现实应用程序越来越受欢迎。但是，它们通常依赖于具有极高延迟要求的计算密集型计算机视觉算法。为了弥补计算能力的不足，通常需要将数据处理工作转移到远程机器上。计算分流在应用程序中引入了新的限制，特别是在延迟和带宽方面。尽管存在大量的实时多媒体传输协议，但也需要网络基础结构的支持。

(8)输入设备：这些技术包括将用户的口语转换为计算机指令的语音识别系统，以及通过视觉检测或从嵌入在外围设备(例如手写笔，手套或其他身体上的传感器)中的传感器来解释用户的身体运动的手势识别系统。

(9)开发设计：在消费产品中实施增强现实需要考虑应用程序的设计以及技术平台的相关约束。由于AR系统严重依赖于用户的沉浸感以及用户与系统之间的交互，因此设计可以促进虚拟化的采用。对于大多数增强现实系统，可以遵循类似的设计准则。

(10)情景设计：情景设计侧重于最终用户的物理周围环境，空间和可访问性，这些在使用AR系统时可能会发挥作用。开发者应注意最终用户可能遇到的物理情况。通过评估每种物理情况，可以避免潜在的安全隐患，并且可以进行更改以进一步改善最终用户的沉浸感。UX设计人员将必须为相关的物理场景定义用户旅程，并定义界面对每种场景的反应。

特别是在增强现实系统中，至关重要的是还要考虑影响增强现实技术有效性的空间和周围元素。诸如灯光和声音之类的环境因素可能会阻止AR设备传感器检测到必要的数据，并破坏最终用户的沉浸感。

(11)交互设计：增强现实技术中的交互设计以用户与最终产品的互动为中心，以改善整体用户体验和娱乐性。交互设计的目的是通过组织呈现的信息来避免疏远或混淆用户。由于用户交互依赖于用户的输入，因此设计人员必须使系统控件更易于理解和访问。提高增强现实应用程序可用性的一项常用技术是在设备的触摸显示器中发现经常访问的区域，并设计应用程序以匹配这些控制区域。构建用户使用线路图和显示的信息流也很重要，这可以减少系统的总体认知负荷并极大地改善应用程序的学习曲线。

(12)视觉设计：为了改善图形界面元素和用户交互，开发人员可以使用视觉提示来通知用户设计了哪些UI元素与之交互以及如何与它们交互。由于在AR应用程序中导航对于入门用户比较比较难以理解，因此视觉提示设计可以使交互看起来更加自然。

在某些使用2D设备作为交互式表面的增强现实应用程序中，2D控制环境无法在3D空间中很好地转换，从而使用户不愿探索周围的环境。为解决此问题，设计人员应运用视觉提示来协助和鼓励用户探索周围的环境。

3.增强现实技术的应用举例

(1)建筑：AR可以帮助可视化建筑项目。AR还可以在建筑师的工作空间中使用，以渲染其2D图纸的动画3D可视化效果。借助AR应用程序，可以增强建筑的视觉效果，允许用户查看建筑物的外部，以虚拟方式查看建筑物的墙壁，查看建筑物的内部对象和布局。

(2)城市设计与规划：AR系统已用作在构建环境中进行设计和规划的协作工具。例如，AR可用于创建投影到桌面上的增强现实地图，建筑物和数据源，以供建筑环境专业人员进行协作查看。Outdoor AR承诺可以将设计和计划叠加在现实世界中，重新定义了这些专业的职责，以将原位设计纳入其流程。设计选项可以在现场进行表达，比2D地图和3D模型之类的传统桌面机制更接近现实。

(3)教育：在教育环境中，AR已用于补充标准课程。文字，图形，视频和音频可以叠加到学生的实时环境中。教科书，抽认卡和其他教育性阅读材料可能包含嵌入的“标记”或触发器，当被AR设备扫描时，它们会为以多媒体格式呈现的学生提供补充信息。

在高等教育中，Studierstube系统Construct3D使学生能够学习机械工程概念，数学或几何。化学AR应用程序允许学生使用手持在手中的标记物可视化分子的空间结构并与之交互。其他人使用免费的应用程序HP Reveal来创建用于研究有机化学机制的AR记录卡，或创建有关如何使用实验室仪器的虚拟演示。

(4)工业制造业：AR使机器维护效率更高，因为它使操作员可以直接访问机器的维护历史记录。虚拟手册可帮助制造商适应快速变化的产品设计，因为与纸质手册相比，数字指令更易于编辑和分发

数字指令消除了操作员在远离工作区的地方看屏幕或手册的需要，从而提高了操作员的安全性。通过向操作员提供有关机器状态和安全功能以及工作区危险区域的其他信息，使用AR可以提高操作员在高负荷工业机械附近工作时的安全感。

(5)商业：AR用于整合印刷和视频营销。可以使用某些“触发”图像来设计印刷的营销材料，当这些图像由具有AR功能的设备使用图像识别功能进行扫描时，就会激活促销材料的视频版本。增强现实与简单图像识别之间的主要区别在于，可以同时在视图屏幕中叠加多个媒体，例如社交媒体共享按钮，页面内视频甚至音频和3D对象。

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