Google Glass 增強現(xiàn)實眼鏡

這很容易讓人聯(lián)想到谷歌在今年早期發(fā)布的一款眼鏡“Google Glass”，它具有和智能手機一樣的功能，可以通過聲音控制拍照、視頻通話和辨明方向以及上網(wǎng)沖浪、處理文字信息和電子郵件等，近日這款眼鏡又被加入骨傳導(dǎo)技術(shù)，加入這項技術(shù)之后，Google就可以發(fā)送只有帶著頭部裝置本人才能聽見的消息提醒。微軟于2011年5月提出了一項新專利應(yīng)用并在日前獲得通過，沒錯，眼鏡式顯示系統(tǒng)。這些電子巨頭的目光都聚集在了眼鏡或者面罩，實際上是其背后的“增強現(xiàn)實技術(shù)”。

你我身邊已有應(yīng)用

在年初大熱的電影《碟中諜4》中，一名特工就在一只眼睛中戴上了一種特制的隱形眼鏡。這種隱形眼鏡能夠掃描走在大街上的人臉，進行人臉識別，從而能從人群中迅速找出要找的目標(biāo)，截獲密碼文件?？茖W(xué)家稱實現(xiàn)這樣神奇的應(yīng)用是一二十年之后了。

但也不用太失望，因為我們身邊已經(jīng)有增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用了。比如10月份，圓明園遺址公園發(fā)布的“數(shù)字圓明園”，以通過網(wǎng)絡(luò)下載圓明園移動導(dǎo)覽系統(tǒng)，在家中虛擬游覽圓明園，也可以到實地體驗導(dǎo)覽系統(tǒng)的增強現(xiàn)實效果。游客可在首批九州和含經(jīng)堂共10個景區(qū)實現(xiàn)移動導(dǎo)覽，用圓明園提供的iPad對準(zhǔn)景區(qū)里的二維碼一刷，即可重現(xiàn)過去的建筑景觀。

增強現(xiàn)實技術(shù)的體驗非常神奇，其核心主旨就是“以人為本”。

增強現(xiàn)實技術(shù)，簡稱AR(augmented reality)技術(shù)，簡言之就是用計算機實時產(chǎn)生三維信息來增強人對真實世界的感知。

一般認(rèn)為，AR技術(shù)源于虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)技術(shù)。但AR的偉大之處就是著眼于真實世界。傳統(tǒng)的VR技術(shù)讓用戶完全浸透在虛擬空間中，比如宅男生活在家中電腦營造的網(wǎng)絡(luò)世界。而AR技術(shù)則把計算機、網(wǎng)絡(luò)和用戶都帶回了真實的世界，技術(shù)不僅為了讓人隨時訪問網(wǎng)絡(luò)，還要增強人對現(xiàn)實世界的感知。

戴上一款眼鏡，看看天，眼鏡片上就顯示今天以及之后幾天內(nèi)的天氣，看到一張面孔，就能顯示你在何時何處見過他……AR技術(shù)利用計算機系統(tǒng)產(chǎn)生現(xiàn)實環(huán)境中并不存在的虛擬信息，這些虛擬信息可被用戶以視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等各種方式感知，成為周圍真實環(huán)境的組成部分，從而增強用戶對現(xiàn)實世界的感知。結(jié)合現(xiàn)在的信息技術(shù)，這將創(chuàng)造多少美妙的應(yīng)用。

多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域

上世紀(jì)90年代初期，波音公司的Tom Caudell和同事最早提出了“增強現(xiàn)實”。在他們設(shè)計的系統(tǒng)中，把由簡單線條繪制的布線路徑和文字等提示信息，實時地疊加在機械師的頭盔顯示器上，而這些信息則可以幫助機械師一步一步地完成拆卸過程。

AR系統(tǒng)的目標(biāo)就是這樣，借助光電顯示技術(shù)、交互技術(shù)、計算機圖形技術(shù)和可視化技術(shù)等，產(chǎn)生現(xiàn)實環(huán)境中不存在的虛擬對象，并通過注冊技術(shù)將虛擬對象準(zhǔn)確地“放置”在真實環(huán)境中，使用戶處于一種融合的環(huán)境中，不能區(qū)分真實和虛擬，用戶所感知到的只是一個真實和虛擬相融合的唯一存在的世界，并能與之交互。

AR是一個多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域，該領(lǐng)域的權(quán)威學(xué)者北卡大學(xué)Ronald Azuma提出，他認(rèn)為AR系統(tǒng)包含三個內(nèi)容：真實世界和虛擬世界的信息集成，即虛實融合；具有實時交互性；三維尺度空間中定位增添虛擬物體，即三維跟蹤注冊。其中，尤以實時的人機交互最為重要，因為沉浸感和感知的增強皆源于此。人機交互是一門包括計算機視覺、心理學(xué)、人工智能等多學(xué)科交叉的技術(shù)，隨著傳感器、力反饋等硬件設(shè)備的發(fā)展，以及對人的個體差異、感知研究以及認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展，人機交互已成為世界各國信息產(chǎn)業(yè)競爭的一項關(guān)鍵技術(shù)，并逐漸實現(xiàn)向“以用戶為中心”的轉(zhuǎn)變。

AR技術(shù)亟待突破軟硬件瓶頸

由于AR技術(shù)的獨特性與快速發(fā)展，軍事、航空航天、醫(yī)療、影視娛樂、制造與維修、教育、旅游、建筑規(guī)劃……各個領(lǐng)域都能看到其應(yīng)用。

軍事應(yīng)用是推動新技術(shù)發(fā)展的重要動力之一，AR技術(shù)也不例外，采用AR技術(shù)可以大大減少軍費開支，主要集中在軍事訓(xùn)練和武器的設(shè)計制作兩個方面。在航空航天方面，美國國家航空航天局已經(jīng)將AR技術(shù)應(yīng)用于國際空間站組裝、訓(xùn)練等工作。歐洲航天局則注重于把AR技術(shù)應(yīng)用于空間機器人遙控、航天器設(shè)計、空間探測模擬等。

醫(yī)學(xué)是最早將AR技術(shù)應(yīng)用到實際中的領(lǐng)域之一。早在1994年，醫(yī)生就可以利用超聲掃描孕婦，然后在其腹部對應(yīng)部位繪制出一個相應(yīng)的三維胎兒，再通過頭盔顯示器可以了解胎兒。

AR技術(shù)還可以作為外科手術(shù)可視化的輔助手段，通過使用磁共振成像、計算機斷層掃描或超聲圖像可以實時收集病人的三維數(shù)據(jù)，據(jù)此實時地渲染出相應(yīng)的虛擬信息，與病人的實際情況相融合，給予醫(yī)生更完善的信息。豐富的感官交互、亦真亦幻的虛實融合環(huán)境，運用AR技術(shù)將會出現(xiàn)很多有意思的游戲。

AR技術(shù)依然是一門年輕的學(xué)科，存在著許多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術(shù)障礙。比如硬件設(shè)備比較特殊，而且大多十分昂貴，且普遍存在使用不便、影響用戶交互活動等缺點，這是目前影響AR推廣的瓶頸之一。

雖然目前已經(jīng)有多種用于AR系統(tǒng)開發(fā)的軟件工具包和應(yīng)用程序編程接口，但普遍存在專業(yè)性強、易用性差等特點，而且很多算法和相關(guān)理論也不成熟，如在人工智能、人體工程學(xué)、基于嗅覺、味覺等新型傳感和感知機理等方面還有許多問題有待解決，同時，由于一些AR專用硬件設(shè)備的特殊性和局限性，常常使軟件開發(fā)的費用十分巨大。

此外，雖然目前AR已較為廣泛地應(yīng)用于許多領(lǐng)域，但絕大部分集中在軍事、醫(yī)學(xué)、娛樂、制造與維修等方面，在其他領(lǐng)域的應(yīng)用還有待進一步加強，未來的發(fā)展方向尤其應(yīng)注重戶外AR應(yīng)用等方面，并努力向民用方向發(fā)展。

所以，AR技術(shù)的主要研究方向應(yīng)該是開發(fā)廉價的硬件設(shè)備，降低AR系統(tǒng)的硬件成本，開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)虛實無縫融合的高效算法和軟件，進一步加強用戶視覺和聽覺感知方面的研究，積極開展觸覺、嗅覺、味覺等方面的研究，最終實現(xiàn)真實自然的多模態(tài)人機交互。

AR技術(shù)是一個充滿豐富想象力和巨大潛力的高新技術(shù)領(lǐng)域，在不久的將來其將注定深度影響我們的生活，這一天的到來可能比預(yù)計到的更快。