近幾年，增強現實已經從一個新興技術發展為最熱門的交互技術之一。無論是前段時間世界杯節目的解說植入動漫人物，還是眼下各種展會所能見到的很炫的、帶有神秘魔幻的汽車、工廠、建筑等，都像是在告知人們：AR是一項神奇的技術。今天就讓小編帶領大家一探究竟，梳理一下AR技術的實現方式。
AR技術
通過查閱相關資料，以及采訪一些AR廠商發現：增強現實有多個重要的種類，比如說基于地理位置的，基于人臉識別的，基于圖形識別的，定點識別的，卡片識別的，體感AR技術等，并且每個種類自身又是一個寬泛的主題。隨著移動網絡與設備的發展，在增強現實的實現方式上，目前主要有兩種：基于移動設備實現的AR技術與基于計算機視覺AR技術。
基于移動設備實現的AR技術
基于移動設備實現的AR技術，就是利用移動設備(如智能手機、ipad等)的位置(GPS)、視野朝向(指南針)和方向(加速度傳感器/陀螺儀)數據來向真實場景添加注釋或者融入內容的一門增強現實技術。相應的應用技術知道你的智能手機上的攝像頭觀察的是什么，你的方位，以及智能手機正面對哪一個方向。基于這些數據，就可以把由集中式服務或者其他用戶已上傳的注釋覆蓋到你的攝像頭場景上。
AR 瀏覽器作為一項手機應用產品，是基于移動設備實現的AR技術的典型產物。從國外來看，Metaio 、Layar 、Wikitude和Augment作為較早涉足增強現實領域的企業，其中，Metaio和Layar有許多相似之處，二者都有用戶規模在千萬級別的AR 瀏覽器，如junaio(魔眼，Metaio 的 AR 瀏覽器)推崇“手機用戶應該能像瀏覽網頁一樣瀏覽生活”;從國內看，已經有一些廠商在積極探索移動領域，代表性的廠商比如說成都微力互動科技有限公司的天眼增強現實(AR)瀏覽器，蘇州夢想人科技的【夢想拍拍】、【夢想點讀書】等產品。此外，AR瀏覽器向可穿戴設備的移植發展，比如Layar已經移植到Google Glass，微力互動天眼AR瀏覽器正在向vuzix smart glasses 智能眼鏡上移植。
圖 1 移動終端增強現實技術的具體工作流程
移動終端增強現實程序的工作流程(具體工作流程詳見圖1)：
1、手持設備的攝像頭捕獲真實世界的視頻流。通俗地講，就是通過手持設備上的攝像頭(如智能手機)可以獲得物理環境中的視頻;
2、運用圖像處理軟件監控視頻流中的圖像幀(幀數就是在1秒鐘時間里傳輸的圖片的量，也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次，通常用fps表示)，通過跟蹤注冊算法捕捉到特征點(二維碼標記或自然圖像特征標記);
3、通過運算檢測出特征點所在的平面和攝像頭的姿態，在檢測出的平面上建立虛擬的三維坐標;
4、在虛擬的三維坐標上實現虛擬目標與真實世界的融合。隨著攝像頭姿態變化，攝像頭拍攝視角也發生變化。程序通過攝像頭姿態變化計算，實時更新虛擬目標定位所需的三維坐標，使虛擬目標與真實世界的三維空間中的變化一致，而達到融合疊加的效果。
上面敘述的工作過程比較抽象，對于用戶來說關心的是怎么使用，我以國內微力互動的天眼AR瀏覽器為例，詳細講解一下AR瀏覽器的工作過程：天眼分為識別圖AR功能和基于位置服務AR功能(LBS)。
識別圖AR功能：用戶打開天眼，點擊右上角的二維碼，掃描提供的二維碼進入頻道，掃描識別圖片即可呈現出疊加在真實世界的AR信息(文字、圖片、視頻、模型、動畫、聲音等)，這些AR信息都是通過在天眼云平臺上傳與管理。
基于位置服務AR功能(LBS)：打開天眼，點擊“街景信息”按鈕(也可以通過掃描二維碼)進入實景導航。此時，屏幕里呈現各個方位的導航浮屛，基于GPS和陀螺儀顯示出浮屛方位和距離用戶的距離，點擊浮屛進入介紹頁面(聯系方式、網頁鏈接、圖片、跳轉到地圖、全景圖片等等)，這些信息通過天眼云平臺上傳，在地圖上選取目標地點和添加一些信息，即可通過天眼呈現出來。
基于移動終端的AR技術最終呈現效果圖例
基于計算機視覺AR技術
從國外看，比較有代表性的是Google Ingress，是Google推出的一款增強現實游戲 Ingress ，別具新意地在 Google Map 的基礎上把游戲搬到了室外，此外位于洛杉磯的Specular Theory是一家可以為汽車企業提供網上“定制”汽車的服務。從國內看，有代表性的廠商主要有：中視典的ARP-FITTING 虛擬試衣產品、增強現實眼鏡等。
另一個增強現實方式是使用由攝像頭捕獲的實際圖像內容來確定攝像頭觀察的是什么，該技術被稱為計算機視覺(computer vision)，通俗地講，是通過計算機通過視覺方法獲得三維世界的幾何特征和運動信息，然后對相應信息存儲、分析與處理，最終實現對三維世界的認識。計算機會處理每個視頻幀的每個像素，評估在時間和空間上該像素與相鄰的像素之間的關系，并識別圖案。此外，當前計算機視覺技術還包括精確的面部識別算法、識別視頻中的活動物體，以及識別熟悉的標記(marker)或者使用一個非常強大的算法識別出特定的視覺圖案的能力。
利用計算機視覺可以通過物體的二維圖像信息獲得其三維形狀或位置等信息。三維信息可以從單鏡頭成像(單目成像)、雙鏡頭成像(雙目成像)或多鏡頭成像(多目成像)中獲得，目前雙鏡頭成像應用的較多。
圖2 基于計算機視覺的AR技術工作流程
基于計算機視覺的AR技術工作流程(見圖2)：
1、 通過攝像頭捕獲到現實世界的影像，具體地講，就是通過對目標上特定光點(Marker)的監視和跟蹤來完成運動捕捉的任務，經典的跟蹤算法有：CamShift算法、光流跟蹤以及粒子濾波算法;
2、 利用圖形識別技術(圖形識別技術，即通過存儲的信息與當前的信息進行比較的加工過程，實現對圖像的再認的技術)如使用OpenCV開源庫(OpenCV是一個用于圖像處理、分析、機器視覺方面的開源函數庫)，識別出影像中的相關興趣目標;
3、 從數據庫獲取與識別與目標相匹配的相關信息。對場景中的目標進行識別的過程，就是確定目標與先驗知識中不同事物的相對應過程，而圖像匹配則是把一個圖像區域從不同的拍攝時間攝取的相應圖像中確定出來，并且找到它們的對應關系;
4、 將影像與識別到的目標和信息進行融合(一般情況下，圖像融合由低到高分為三個
層次：數據級融合、特征級融合、決策級融合，目前多采用特征級融合)，并疊加到圖像上。
同樣地，為了讓讀者進一步的理解，以無人駕駛汽車AR應用的實例，來說明采用計算機視覺技術的AR實現過程：1)車載攝像頭獲取道路的圖像序列(視頻);2)計算機對這些圖像進行去噪等、消除光照變化影響等預處理;3)圖像處理，考慮到道路一般是兩條平行線，則提取出圖像中的直線這類特征，然后把直線包圍的區域(可能是道路)分割出來;4)接著計算機對該區域進行識別，比如和數據庫中已假設好為"道路"的圖像進行匹配，如果有相當大程度的一致，則認為該區域就是道;5)最后根據攝像頭和道路的姿態的關系，判斷出車輛和道路之間角度，然后通過方向盤控制車輛前進方向和速度。
基于計算機視覺的增強現實技術既可以用于移動設備，又可以用于非移動設備。它既能夠用來增強基于位置和方向的增強現實方法，又能夠用來創建不會以任何方式依賴某個特定位置的增強現實應用。計算機視覺算法能夠用來識別包裝材料、產品、衣服、藝術品，或者在其他環境中的很多圖案。
基于計算機視覺的AR技術最終效果圖例
事實上，無論是基于移動設備的AR技術，還是計算機視覺的AR技術，兩者的工作原理是一樣的，不同之處在于采用的軟硬件平臺及算法不同，導致兩者的處理方式不同，最終呈現的效果也不同。
目前，國外媒體已經將增強現實技術列為2014年15大科技發展趨勢之一，市場調查研究公司Juniper Research則預計增強現實相關應用在2015年的全球下載量將高達14億次，較2010年增長超過100倍，同時移動互聯網的增強現實收入將從2010年的不到200萬美元邁向15億美元。帶有增強現實元素的企業應用程序收入將排在第三位，僅次于位置搜索和游戲。所以我們有理由相信隨著時間的推移，增強現實這門技術一定會大放異彩。
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本文標題：增強現實實現方式探討
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