AR技術(shù)現(xiàn)已成為繼多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后被廣泛關(guān)注及研究的又一大熱點(diǎn)技術(shù)?，F(xiàn)如今，如論是國(guó)外的谷歌、蘋果、微軟等科技巨頭，還是國(guó)內(nèi)BAT都在加大力度布局AR。
近些年來，AR一直是資本追逐的焦點(diǎn)。在經(jīng)歷了2016的“爆紅”和2017年的“養(yǎng)精蓄銳”后，到了2018年，AR的市場(chǎng)環(huán)境已趨于穩(wěn)定，無論是技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品應(yīng)用還是投資方面都變得更加平穩(wěn)，沒有大波動(dòng)。同時(shí)，巨頭的框架布局已經(jīng)全部完成。國(guó)外的谷歌、蘋果、微軟等巨頭對(duì)于AR的布局已經(jīng)成型，國(guó)內(nèi)BAT等大公司也已經(jīng)完成了AR SDK的發(fā)布，有的已經(jīng)被開發(fā)者應(yīng)用。
那么，AR這么“紅”，到底是憑什么呢？就讓小編來告訴你吧！
什么是AR？詳見：《什么是AR？AR到底能干嘛？》
AR是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality）的簡(jiǎn)稱，指通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。
或許很多人對(duì)它的“近親”VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）更為熟悉，甚至常常將兩者混淆。不過，雖然AR技術(shù)的出現(xiàn)源于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）的發(fā)展，但二者還是存在明顯差別的。那么什么是VR呢？詳見：《什么是VR？VR到底能干嘛？》
AR與VR的區(qū)別
虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是利用PC模擬出三維空間的虛擬世界，可以提供給用戶關(guān)于視覺、聽覺等感官的模擬，并且能夠及時(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物，從而達(dá)到以假亂真的沉浸感。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）則是通過攝像機(jī)影像的位置及角度精算并加上圖像分析技術(shù)，讓屏幕上虛擬世界可以和現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景進(jìn)行結(jié)合與互動(dòng)。
簡(jiǎn)單來說，VR技術(shù)給予用戶一種在虛擬世界中完全沉浸的效果，是另外創(chuàng)造一個(gè)世界；而AR技術(shù)則把計(jì)算機(jī)帶入到用戶的真實(shí)世界中，通過聽、看、摸、聞虛擬信息，來增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知，實(shí)現(xiàn)了從“人去適應(yīng)機(jī)器”到技術(shù)“以人為本”的轉(zhuǎn)變。
什么？還要再簡(jiǎn)單點(diǎn)？沒問題，上圖：
這是VR:
而這才是AR:
現(xiàn)在你應(yīng)該理解二者的不同，并可以成功將它們區(qū)分開了吧。很好！那讓我們趁熱打鐵，了解一下AR的技術(shù)原理。
AR的技術(shù)原理
AR從其技術(shù)手段和表現(xiàn)形式上，可以明確分為大約兩類，一是Vision based AR，即基于計(jì)算機(jī)視覺的AR，二是LBS basedAR，即基于地理位置信息的AR。
1.Vision based AR
基于計(jì)算機(jī)視覺的AR是利用計(jì)算機(jī)視覺方法建立現(xiàn)實(shí)世界與屏幕之間的映射關(guān)系，使我們想要繪制的圖形或是3D模型可以如同依附在現(xiàn)實(shí)物體上一般展現(xiàn)在屏幕上，如何做到這一點(diǎn)呢？本質(zhì)上來講就是要找到現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的一個(gè)依附平面，然后再將這個(gè)3維場(chǎng)景下的平面映射到我們2維屏幕上，然后再在這個(gè)平面上繪制你想要展現(xiàn)的圖形，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段上可以分為2類：
(1)Marker-Based AR
這種實(shí)現(xiàn)方法需要一個(gè)事先制作好的Marker(例如:繪制著一定規(guī)格形狀的模板卡片或者二維碼），然后把Marker放到現(xiàn)實(shí)中的一個(gè)位置上，相當(dāng)于確定了一個(gè)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的平面，然后通過攝像頭對(duì)Marker進(jìn)行識(shí)別和姿態(tài)評(píng)估（Pose Estimation），并確定其位置，然后將該Marker中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系稱為Marker Coordinates即模板坐標(biāo)系，我們要做的事情實(shí)際上是要得到一個(gè)變換從而使模板坐標(biāo)系和屏幕坐標(biāo)系建立映射關(guān)系，這樣我們根據(jù)這個(gè)變換在屏幕上畫出的圖形就可以達(dá)到該圖形依附在Marker上的效果，理解其原理需要一點(diǎn)3D射影幾何的知識(shí)，從模板坐標(biāo)系變換到真實(shí)的屏幕坐標(biāo)系需要先旋轉(zhuǎn)平移到攝像機(jī)坐標(biāo)系（Camera Coordinates）然后再?gòu)臄z像機(jī)坐標(biāo)系映射到屏幕坐標(biāo)系。
在實(shí)際的編碼中，所有這些變換都是一個(gè)矩陣，在線性代數(shù)中矩陣代表一個(gè)變換，對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行矩陣左乘便是一個(gè)線性變換（對(duì)于平移這種非線性變換，可以采用齊次坐標(biāo)來進(jìn)行矩陣運(yùn)算）。公式如下：
矩陣C的學(xué)名叫攝像機(jī)內(nèi)參矩陣，矩陣Tm叫攝像機(jī)外參矩陣，其中內(nèi)參矩陣是需要事先進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定得到的，而外參矩陣是未知的，需要我們根據(jù)屏幕坐標(biāo)(xc,yc)和事先定義好的Marker坐標(biāo)系以及內(nèi)參矩陣來估計(jì)Tm，然后繪制圖形的時(shí)候根據(jù)Tm來繪制（初始估計(jì)的Tm不夠精確，還需要使用非線性最小二乘進(jìn)行迭代尋優(yōu)），比如使用OpenGL繪制的時(shí)候就要在GL_MODELVIEW的模式下加載Tm矩陣來進(jìn)行圖形顯示。
(2)Marker-Less AR
基本原理與Marker based AR相同，不過它可以用任何具有足夠特征點(diǎn)的物體(例如：書的封面)作為平面基準(zhǔn)，而不需要事先制作特殊的模板，擺脫了模板對(duì)AR應(yīng)用的束縛。它的原理是通過一系列算法(如：SURF，ORB，F(xiàn)ERN等)對(duì)模板物體提取特征點(diǎn)，并記錄或者學(xué)習(xí)這些特征點(diǎn)。當(dāng)攝像頭掃描周圍場(chǎng)景，會(huì)提取周圍場(chǎng)景的特征點(diǎn)并與記錄的模板物體的特征點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，如果掃描到的特征點(diǎn)和模板特征點(diǎn)匹配數(shù)量超過閾值，則認(rèn)為掃描到該模板，然后根據(jù)對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)坐標(biāo)估計(jì)Tm矩陣，之后再根據(jù)Tm進(jìn)行圖形繪制(方法與Marker-Based AR類似)。
2.LBS-Based AR
其基本原理是通過GPS獲取用戶的地理位置，然后從某些數(shù)據(jù)源（比如wiki，google）等處獲取該位置附近物體(如周圍的餐館，銀行，學(xué)校等)的POI信息，再通過移動(dòng)設(shè)備的電子指南針和加速度傳感器獲取用戶手持設(shè)備的方向和傾斜角度，通過這些信息建立目標(biāo)物體在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的平面基準(zhǔn)(相當(dāng)于marker)，之后坐標(biāo)變換顯示等的原理與Marker-Based AR類似。
這種AR技術(shù)利用設(shè)備的GPS功能及傳感器來實(shí)現(xiàn)，擺脫了應(yīng)用對(duì)Marker的依賴，用戶體驗(yàn)方面要比Marker-Based AR更好，而且由于不用實(shí)時(shí)識(shí)別Marker姿態(tài)和計(jì)算特征點(diǎn)，性能方面也好于Marker-Based AR和Marker-Less AR，因此對(duì)比Marker-Based AR和Marker-Less AR，LBS-Based AR可以更好的應(yīng)用到移動(dòng)設(shè)備上。
AR系統(tǒng)組成形式
一個(gè)完整的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是由一組緊密聯(lián)結(jié)、實(shí)時(shí)工作的硬件部件與相關(guān)的軟件系統(tǒng)協(xié)同實(shí)現(xiàn)的，常用的有如下三種組成形式：
1.Monitor-Based
在基于計(jì)算機(jī)顯示器的AR實(shí)現(xiàn)方案中，攝像機(jī)攝取的真實(shí)世界圖像輸入到計(jì)算機(jī)中，與計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)產(chǎn)生的虛擬景象合成，并輸出到屏幕顯示器。用戶從屏幕上看到最終的增強(qiáng)場(chǎng)景圖片。它雖然簡(jiǎn)單，但不能帶給用戶多少沉浸感。Monitor-Based增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案如下圖所示。
由于這套方案的硬件要求很低，因此被實(shí)驗(yàn)室中的AR系統(tǒng)研究者們大量采用。
2.視頻透視式
頭盔式顯示器(Head-mounted displays,簡(jiǎn)稱HMD)被廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用以增強(qiáng)用戶的視覺沉浸感。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究者們也采用了類似的顯示技術(shù)，這就是在AR中廣泛應(yīng)用的穿透式HMD。根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)原理又劃分為兩大類，分別是基于光學(xué)原理的穿透式HMD(Optical See-through HMD)和基于視頻合成技術(shù)的穿透式HMD(Video See-through HMD)。光學(xué)透視式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案如下圖所示。
3.光學(xué)透視式
在上述的兩套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案中，輸入計(jì)算機(jī)中的有兩個(gè)通道的信息，一個(gè)是計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬信息通道，一個(gè)是來自于攝像機(jī)的真實(shí)場(chǎng)景通道。而在optical see-through HMD實(shí)現(xiàn)方案中去處了后者，真實(shí)場(chǎng)景的圖像經(jīng)過一定的減光處理后，直接進(jìn)入人眼，虛擬通道的信息經(jīng)投影反射后再進(jìn)入人眼，兩者以光學(xué)的方法進(jìn)行合成。
光學(xué)透視式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、分辨率高、沒有視覺偏差等優(yōu)點(diǎn)，但它同時(shí)也存在著定位精度要求高、延遲匹配難、視野相對(duì)較窄和價(jià)格高等不足。
AR的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用
AR游戲玩到嗨
AR技術(shù)在游戲方式方面帶來了巨大的革新。像大家比較熟悉的《Pokemon Go》、《小龍斯派羅》等，都是非常不錯(cuò)的AR游戲。想象一下，往后的游戲不再需要復(fù)雜的場(chǎng)景建模，而是在真實(shí)的世界里游戲，同時(shí)在真實(shí)的世界里又能出現(xiàn)許多虛擬疊加進(jìn)去的事物，這是一種多么棒的體驗(yàn)!游戲也能擺脫場(chǎng)地與空間的束縛，可以隨時(shí)隨地開始。
“透視眼”逛博物館
在底特律藝術(shù)學(xué)院，參觀者可以借助一部搭載Tango技術(shù)的手機(jī)查看到展出的埃及木乃伊內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其他展品細(xì)節(jié)。簡(jiǎn)單來說，Tango會(huì)將掃描獲得的木乃伊石棺內(nèi)部圖像疊加到手機(jī)拍攝畫面上，于是，隱藏在紗布最里面的古埃及骷髏骨架和其他隱藏藝術(shù)文物就展現(xiàn)在我們面前。這就相當(dāng)于你擁有了一雙透視眼。
足不出戶選家具
有一款叫做iStaging的Tango應(yīng)用，可以讓你足不出戶選購(gòu)家具，并且可以通過3D模擬繪圖，將家具虛擬地?cái)[放到家中合適的位置，讓你預(yù)覽整體效果。這些家具的AR呈現(xiàn)效果在空間感和大小比例上都非常出色，幾乎和在宜家逛樣板間沒什么區(qū)別。
總結(jié)
盡管目前就AR技術(shù)而言，國(guó)內(nèi)技術(shù)略遜色于國(guó)外，但就應(yīng)用來說，我國(guó)還是占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)的。有專家預(yù)測(cè)，到2020年，AR將開始在B端爆發(fā)，預(yù)計(jì)到2025年，AR會(huì)真正迎來全面的爆發(fā)。是否真會(huì)如此，還讓我們拭目以待。
（原標(biāo)題：AR為什么現(xiàn)在那么火，一篇干貨告訴你?。?/p>
