[转载]浅谈增强现实(Augmented Reality)

[转载]浅谈增强现实(Augmented Reality) – @luweii – 博客园.

互联网的下一个热潮

随着互联网的不断发展,各种需求不断的被发现和改善,Yahoo、Google、Youtube,Facebook、Twitter等的出现掀起一 次又一次的热潮。那么下一个热潮将会是什么呢?
个人认为,下一个热潮很有可能将会是,在这里想给大家介绍的,最近在世界各地备受关注的增强现实 (Augmented Reality,以下简称AR)技术。
首先AR是什么呢?
关于AR有很多种定义方法,我自己的理解是:AR是在人 们接触到的真实世界上,叠加虚拟电子信息,对真实世界的信息进行增强或者扩张,帮助利用者们从事各种活动。

为什么说AR将会是下一个热潮

现在的互联网,信息量非常的巨大,然而人们对这些信息的利用过度依赖于搜索,需要输入合适的关键词才能找到自己想要的信息。除了搜索之外,有没有更 好的方式呢,能够让人们更加便利,随时随地的利用互联网上的信息呢?
人与人之间的沟通交流,现实世界过于生硬,虚拟世界过于遥远,要真正找到志同 道合的知己很难,有没有介于现实和虚拟之间的一个交流平台,帮助大家找到更多的好朋友?
每天单调重复的生活,现实世界越来越感觉枯燥,有没有办法 让眼前的现实世界变得更加丰富?
利用AR技术正好可以解决以上各种问题。一个可以改善和满足新需求的技术,难道不将会是下一个热潮?

关于AR的畅想

记得第一次接触到了AR技术时,当时真的是非常激动,因为利用gai可以实现的应用太多了。
大家眼前所看到的不了解的东西,可以即时的了解 到相关的信息,不再需要记住关键信息,拿到电脑前去搜索。
在繁杂的地铁站里,叠加在现实场景之上导向图标,告诉你应该往哪边走,就可以到达目的 地。
在旅游的时候,可以即时的了解观光地的解说,历史,附近的风土人情,旅馆和餐厅等等。
戴上AR的眼镜,人们可以像X战警里面的那样, 即时看到关于眼前的人的相关情报信息。
当然还有很多可以应用场景,留给大家去想像。

AR的历史

人们对AR的研究是从1990年代初期开始,当时需要昂贵的硬件设备。初期主要实现方式采用HMD(Head Mounted Display)。

随着个人电脑的性能不断改进,2007年左右AR的概念开始逐渐的在专门的研究者之外流传开来。
现在小型照相设备的高解析度化,以及各种 Sensor的发展,移动设备上也可以实现AR。HMD设备的进化,越来越接近实用。

AR的适用范围

AR的适用范围比较广,目前在医疗,军事和游戏等领域已经有被使用的实例:
1、互联网: 将现有互联网信息附加显示在现实信息中
2、 游戏娱乐:结合于现实的游戏,让玩家感受更真实
3、医疗:辅助精确的定位手术部位
4、军事:通过方位识别,获取所在地的相关地理信息等
5、 古迹复原:在文化古迹的遗址上进行虚拟原貌恢复
6、工业:工业设备的相关信息显示,比如宽度,属性等
7、电视:在电视画面上显示辅助信息
8、 旅游:对正在观看的风景上显示说明信息
9、建设:将建设规划效果叠加在真实场景,更加直观

AR的实用例 – Future For The Past

荷兰首都的考古学博物馆Allard Pierson Museum,将iMac作为窗口的AR系统MovableScreen,用来展示古罗马的遗迹。

新闻记事: http://www.engadget.com/tag/MovableScreen/
YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=0UODkvUTnAU

AR的实用例 – The Eye of Judgment

由索尼公司开发的,结合电视和Trading Card的AR型PS3游戏。将Trading Card作为标志图片,识别后显示相应游戏脚色CG。

游戏网站: http://www.jp.playstation.com/scej/title/eoj/
YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=3oGjGlxn0a0

AR的实用例 – 自动跳出的电子书

由日本某印刷公司开发的结合AR电子书,摄像头读取书上的标志图片后,在显示器中显示相应的3D动画。

官方网址: http://www.dnp-digi.com/solution/product/experience/04-3.shtml


AR的实用例 – BMW的MINI汽车

由德国Metaio公司开发的AR型电子杂志,访问BMW的网站后,将杂志 放在摄像头面前,MINI车的CG广告会跳出来。

官方网址: http://www.mini.de/de/de/webcam/index.jsp


AR的实用例 – 古代都市”飞鸟”

东京大学大学院情报学环池内研究所正在开发的项目”虚拟飞鸟京”,是一个采用AR技术的遗址复原项目。

官方网址: http://www.cvl.iis.u-tokyo.ac.jp/research/virtual-asukakyo/


手机上的AR实用例 – Layer

由荷兰的SPRXMobile开发的手机上的AR浏览器Layer。将选择的不动产,Wikipedia和Flickr等Layer,结合GPS信 息等叠加在摄影图像上Android程序。

官方网址: http://layar.com/
YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=nkPHDMVxKn0


手机上的AR实用例 – 空间透视手机

空间透视手机根据现在地和手机朝向,采用3D立体的方式显示路标和观光景点等信息,由日本KDDI公司主导开发。

官方网址: http://www.kddilabs.jp/press/detail_102.html


手机上的AR实用例 – Nearest Tube

iPhone 3GS专用的AR地下铁向导程序,App Store上最初的AR程序之一,用来向导伦敦等以复杂出名的地下铁。在摄影图像上显示叠加上前方地下铁车站的信息,如到达车站的距离和路线名等。倾斜之 后可以看到更远的车站的信息。

官方网址: http://www.acrossair.com/apps_nearesttube.htm
YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=U2uH-jrsSxs


手机上的AR实用例 – SekaiCamera

由日本Tonchidot(頓智・)公司开发的AR应用。能够在iPhone的摄像头的影像上叠加显示用户提交的评论,图片和动画。2009年9月 份登陆日本的AppStore,仅4天时间下载量达到10万次。

官方网址:http://tonchidot.com/


实现AR的方式之一 – GPS + Sensor

说明: 通过GPS取得纬度、经度和高度,通过地磁Sensor(电子指南针)取得面向的方向,通过加速度Sensor取得倾斜的角度,然后根据这些位置信息获取 相关信息后叠加显示。
必须装置: 摄像头、显示屏、GPS、地磁Sensor(电子指南针)、 加速度Sensor
相关项目: PlaceEngine、SekaiCamera、Layer

实现AR的方式之一 – 原理简介

在手机上实现GPS + Sensor方式的原理图


实现AR的方式之一 – 个人看法

采用这种方式的AR应用,在手机上实现最为合适。因为目前最新的手机比如iPhone 3GS和Anroid上已经具备GPS、地磁Sensor和加速度Sensor这些装置。再加上3G的普及,无线网络的速度提升,基本上不会觉得慢。
目 前存在GPS精度问题,地磁Sensor容易受到周边设备(铁磁器等)的影响。
尽管如此,因为实现简单,目前已经有相关应用逐步登场,采用该方 式的AR将会应该会最先普及。而且准天顶卫星的发射可以将GPS误差可以减小到1cm,以及将来下一代手机通信规格LTE的下行将达到100Mb/S。

实现AR的方式之二 – Marker识别

说明: 将Marker图像的信息事先保存,通过图像识别技术,在当前的图像中查找识别Marker图像,然后在Marker图像上叠加相关信息。
必须装置: 摄像头、显示屏、Marker图像
相关项目: ARToolKit(OpenSource)
ARToolKit网 址: http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/

实现AR的方式之二 – 原理简介

采用ARToolKit实现的AR程序截图,黑色的正方形卡片为Marker,显示在Hiro的Marker之上的是虚拟的CG动画。

Marker型AR的程序基本流程是:

1、取得摄像头的图像

2、Marker的识别

3、Marker的位置和方向检测

4、在摄像头的图像上合成CG动画然后显示

实现AR的方式之二 – 个人看法

个人看法:该技术目前相对来说比较成熟,其代表作ARToolKit适用方便简单,而且因为ARToolKit本身开源,容易接触和研究,已经被多 家公司采用。并且同时也被爱好者们在其它平台上实现,比如Flash版、Android版等。
最大缺点在于需要事先定义Marker图像。而且程 序当中无法获取Marker图像以外的信息,功能扩展可能被限制。
适用于游戏,杂志书籍和广告等,在指定的Marker图像上合成CG的场合。

实现AR的技术之三 – 图像分析识别

说明: 对摄影图像进行解析,识别出风景,物体和空间,然后叠加相关信息。
必须装置: 摄像头、显示屏
相关项目: PTAM(OpenSource)、SREngine
PTAM的网址: http://www.robots.ox.ac.uk/~gk/publications.html#2007ISMAR

实现AR的方式之三 – 原理简介

PTAM全名是Parallel Tracking and Mapping,是于ISMAR 2007上,由英国牛津大学的Georg Klein和David Murray发表的一篇论文。下面是其运行时的截图。

其主要原理是: 从摄影图像上捕捉特征点,然后检测出平面,在检测出的平面上建立虚拟的3D坐标,然后合成摄影图像和CG。其中,独特之处在于,立体平面的检测和图像的合 成采用并行处理。

实现AR的方式之三 – 个人看法

不使用特定的信息,通过对图像进行解析,在现实图像上建立虚拟坐标,能够很自然的合成现实图像和CG。可以说是AR研究的一个目标。
目前还 有很多问题有待解决。 比如需要处理数据量大,平面上的障碍物和垂直面的辨析等问题。 技术难度比较大。
离实际使用水平还有一段距离。

AR的市场

AR的市场可以分为特定用途和一般用途。特定用途比如医疗,建设等,面向的是各领域的专家。一般用途比如游戏,向导等,面向的是普通大众。
一 般用途又可以分为面向事物和面向人与人之间。面向事物的AR应用一般是人们有目的的偶尔使用,比如游戏用来娱乐,向导用来帮助自己快速了解一个新的地方。 面向人与人之间的AR应用一般是人们会每天经常适用,比如结合Twitter、Facebook等社交型应用(SNS)的AR。
从一个大的角度来 说,AR应用的市场应该大致可以分为这三类:特定用途型,面向事物的一般用途型和面向人与人之间的一般用途型。这三种类型的AR应用应该会逐步登场,渐渐 融入人们的生活。

AR的创业

我想世界上一定有很优秀的项目,但有的项目需要很长时间的研发,或者说投入很大,有的项目在欧美很合适,但不适合中国的文化背景。有的项目创意很新 颖,但技术方面过于超前,不切合实际等等。所以最好的项目,不一定是最合适的项目。能在合适的时间,根据财力、物力以及人力找到最合适的项目是关键。
AR 技术虽然是一个很有潜力的投资项目,但也不能盲目的去追逐,需要找到一个合适的切入点。目前中国3G牌照的已经发放,中国移动即将要开始出售的 Adnroid系统的OPhone手机,中国联通引入Apple公司的iPhone,实现GPS+Sensor方式的AR应用基本要素已经完全具备。
如 何利用AR技术的优点,结合现有互联网资源,整合或者创造新的应用,发现还未被完全满足或者崭新的需求,是问题的关键。


AR的IDEA之一 – 图片代替文字自动搜索

使用想象图是,用户只需要打开手机的摄像头照一下某物体,程序从摄像头获取的图像进行分析识别之后展开搜索,然后将搜索结果叠加显示在图像上,然后 显示在显示屏上。
利用该程序,用户能够省略打开浏览器,输入关键词,点击搜索按钮的步骤,直接通过摄像头来自动搜索。
该IDEA涉及到技 术最主要难点是图片中物体的识别,一下子实现对任何物体的识别可能有一定难度,我们可以逐步的展开,首先实现对某种类型的物体的识别,比如:书,CD。还 可以和Amazon或者当当网合作等。
OpenCV最近发布了2.0版本,最初由Intel公司开发的一个开源项目,该Library主要用来对 图像的分析识别,性能也不错。
AR的IDEA之二 – 人脸识别记忆

当人的交际网越来越广,朋友越来越多的时候,难免有所忘记。比如当某天偶然遇到以前见过的朋友时, 一下子却想不起名字来,或者根本就不记得,那时可能会比较尴尬,也有可能因此而失去这位朋友。
名片夹里名片太多,可能大部分自己都忘了什么时候收 到的。对方是谁,长什么样子等等,都有可能都忘得一干二净了。
怎么办呢?硬盘上存储的东西,可不会这么容易丢。所以,我们可以做这样一个系统,以 人脸为KEY,建立一个电子名片系统,利用HMD(比如:眼镜)之类的设备来输入人的脸相,再次遇见对方时,其电子名片会自动显示在HMD上。
也 可以将人们在Twitter上的最新发言,显示在人们的头顶上。

AR的IDEA之三 – 虚拟和现实之间的沟通交流平台

在现实生活中,人们随时随地都会有很多说话沟通的欲望。
有的人喜欢说说自己对某事物的看法和意见,并且希望得到他人的认可,或者找到志同道 合的朋友。
有的人喜欢表达自己的意见,比如,在某餐馆吃完饭,觉得这里味道不错,想推荐给其他人。
有的人喜欢写出自己的心情,跟好朋友一 起分享喜怒哀乐。
利用AR可以建立基于手机,GPS,可以在随时随地发表言论,在线的交流,建立朋友关系,自己公开的言论可以显示在真实的摄像中 等。


AR的IDEA之四 – 基于AR的GPS向导

现在的GPS向导器,基本上主要是基于地图来导航。然而对所在地不熟悉的人,有时很难判断眼前所看到的地方,是否和GPS向导器在地图上所显示的地 方相吻合。换句话说也就是不够直观,大家可能都需要想一下,分辨一下东南西北之后才能看明白。
如果能将向导信息,直接叠加显示在人们眼前所看到的 街道上,一定会更加容易理解。GPS通信方式基本不变,改变数据所显示的方式。
现在带有GPS功能的手机越来越多,Android和iPhone 3G S都带有电子指南针和加速度探测器, GPS相关的应用通过手机应该会很容易普及,而不需要另外花钱购买GPS向导器。

最后,文章有点长,非常感谢大家阅读到这里。

备注: 出于学习交流的目的,本文中有部分文字和图片来自互联网,如有侵犯知识产权的地方,请及时与我联系。

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