增强现实（AR）技术：现状、应用与未来前景

### 增强现实（AR）技术：现状、应用与未来前景 #### 1. AR 技术概述 在知识爆炸的时代，技术展现出了巨大的优势，增强现实（AR）技术便是其中之一。AR 接口能够通过教学内容、草图和图表等方式，提升或强化设备在现实世界中的体验，让服务技术人员能够轻松、可靠且熟练地操作设备。AR 程序还可用于模拟现实世界的事件，如驾驶飞机或车辆，也可用于测试、培训或排练。此外，它还能通过测量和观察用户头部或患者瞳孔对刺激的反应，来监测头部和眼睛对刺激的响应。 例如，在电线束制造中，AR 设备的应用可使高质量电线束的生产速度比现有方法快达 50%，能根据客户的特定要求快速制造飞机电线束等。一个视觉 AR 系统应具备以下特点： 1. 轻松可靠地识别和追踪输入数据，如坐标标记或基准点。 2. 快速分析输入数据，确定用户与目标对象之间的相对位置和方向，并监控虚拟世界对象与现实世界对象的关系。 3. 快速无缝地将虚拟世界对象融入现实世界对象，实现“实时”或“近实时”，“近实时”要求更新率至少为 60 Hz，延迟期不超过 16 毫秒。 常见的追踪器包括基于光学、磁性、红外波、发光二极管（LED）、超声波和机械的追踪器。这些追踪器能以 20 Hz 或更高的升级速度可靠地计算用户的位置，但它们是复杂的设备，操作空间小，严重限制了用户的移动性。基于光源的追踪器则使用相机追踪安装在目标材料表面的不同光源对象，如 LED 集群。 #### 2. AR 技术的发展历程 - **20 世纪 60 年代**：1968 年，Ivan Sutherland 和 Bob Sproull 开发出第一个头戴式显示器，命名为“达摩克利斯之剑”，这是一个能投射基本机器图形的粗糙工具。 - **20 世纪 70 年代**：1975 年，Myron Krueger 建立了 Videoplace，这是一个用于人工现实的设施，他设想人类活动与交互式材料进行互动，这一想法后来被应用于多个投影仪、摄像机和屏幕上的轮廓显示。 - **20 世纪 80 年代**：1980 年，Steve Mann 创造了 EyeTap，这是第一个旨在与眼睛前方对齐放置的手持设备，它可以记录场景并进行效果转换，用户还能通过头部移动与之互动。1987 年，Douglas George 和 Robert Morris 提出了平视显示器（HUD）的概念，用于显示现实生活中的天文数据。 - **20 世纪 90 年代**：90 年代出现了“增强现实”这一术语，最早由研究人员 Thomas Caudell 和 David Mizell - Boeing 提出。1992 年，美国空军的 Louis Rosenberg 开发了名为“数字夹具”的 AR 设备。1999 年，Frank Delgado 和 Mike Abernathy 带领一群科学家测试新的导航工具，从直升机照片中生成跑道和街道数据。 - **21 世纪 00 年代**：2000 年，日本科学家 Hirokazu Kato 创建并分发了开源软件开发工具包（SDK）ARToolKit，后来它被改编用于 Adobe。2004 年，Trimble Navigation 推出了安装在户外头盔上的 AR 系统。2008 年，Wikitude 为安卓移动设备创建了 AR 旅行指南。2013 年，谷歌对配备蓝牙连接的谷歌眼镜进行了测试。2015 年，微软推出了 Windows Holographic 和 HoloLens（一款带有大量传感器的 AR 护目镜，用于观看高清全息图）。2016 年，Niantic 发布了移动应用游戏《精灵宝可梦 Go》，该软件使游戏市场迅速火爆，仅第一周就盈利 200 万美元。 以下是 AR 技术发展历程的表格总结： |年代|重要事件| | ---- | ---- | |20 世纪 60 年代|1968 年，开发出第一个头戴式显示器“达摩克利斯之剑”| |20 世纪 70 年代|1975 年，建立 Videoplace| |20 世纪 80 年代|1980 年，创造 EyeTap；1987 年，提出平视显示器（HUD）概念| |20 世纪 90 年代|90 年代提出“增强现实”术语；1992 年，开发“数字夹具”AR 设备；1999