關鍵技術梳理，告訴你AR并沒有那么神秘

巨頭們都關注的AR關鍵技術有哪些？它們目前的發展狀況又是如何呢？

最近又有爆料稱，蘋果要在明年發布iPhone 8的時候推出支持AR技術的設備。雖然蘋果對于AR的關注度一直很高，但是現在并沒有明確的證據表明蘋果正在研發AR硬件設備，很多消息都是科技圈內爆料大神們各種捕風捉影的猜測。

除了蘋果之外，國內外很多巨頭都非常關注AR的發展。此前易觀智庫發布的《中國AR行業應用專題研究報告》中顯示，這些巨頭正在基于自身的業務生態，以實驗室或者收購的形式搶先布局AR的底層技術。那么AR關鍵技術有哪些？它們目前的發展狀況又是如何呢？

根據AR科研帶頭人Ronald Azuma提出的定義，增強現實應用系統開發的三大關鍵技術可總結為三維注冊技術、虛實融合顯示技術以及人機交互技術。

系統顯示技術

AR的簡單定義就是將計算機生成的虛擬數字信息疊加到現實的生活場景中。這個“疊加”是需要通過顯示設備作為中介來實現。AR的顯示技術包括三種類型：頭戴式顯示、手持顯示以及投影顯示技術。

目前最常見的就是手持顯示技術，它的載體包括移智能手機、平板電腦等移動設備。此前火爆全球的AR游戲《Pokemon Go》就是借助手機的顯示屏在現實生活中捉小精靈,這些移動設備的屏幕充當的就是一個窗口或者放大器的作用，用來顯示那些模擬的數字信息。

頭戴式顯示是國內外眾多AR硬件廠商研究關注的重點，按照工作原理可以分為光學透視式和視頻透視式兩種。光學透視技術是通過安裝在設備眼前的光學透鏡來呈現出真實和虛擬世界。首先計算機生成的虛擬信息經過光學系統放大后反射后進入視野，透過透鏡又能直接看到現實場景，兩部分的信息匯聚到人眼的視網膜上實現AR的效果。微軟的Hololens就是屬于光學透視式的頭戴顯示器。這種顯示技術的優點就在于結構簡單，真實感和安全性更高，但是易受光線外部光線的干擾。

視頻透視技術是借助安裝在頭顯上的攝像頭來捕捉獲取外部真實環境，計算機將數字模擬信息疊加到攝像機的視頻信號上，再將真實場景和虛擬場景進行融合。相比較光學透視技術，它的視角場更大，而且不受外界的強光干擾。不過一旦攝像機與用戶的視點不能保持完全重合，會產生一些偏差。

投影式顯示是將生成的虛擬對象信息直接投影到需要融合的真實場景中。它可以不借助任何硬件設備，直接用肉眼看到被投射出在現實環境下的虛擬場景。但是投影設備體積龐大，比較容易受到光照變化影響，這塊目前的實際應用比較少。

現在還有一種光場顯示技術，以Magic Leap的光場技術為例，它不需要任何屏幕為載體，通過記錄并復現光場就能完成虛擬物體的顯示。通過呈現不同深度的圖像，使用戶在觀察近景或遠景時，可以實現主動的對焦。

對比這三種顯示技術，手持式顯示技術的載體是最為常見的，所以在面向C端用戶的AR電商、游戲上應用廣泛。而頭戴式顯示在TOC端的工業應用上潛力巨大，比如宇航制造業，通過使用這種設備來提高生產工作的效率。

三維注冊技術

在實際的AR體驗中，因為人的觀察視線會不斷地變化，AR系統需要實時的根據用戶的視場重新建立位置坐標系，進行追蹤。而三維注冊技術就是實時地跟蹤用戶頭部的位置和視線方向，根據這些信息來確定虛擬物體在真實空間坐標中的位置，并將它實時地顯示在顯示器中的正確位置。它具體包含了跟蹤技術、標定技術和匹配技術。

三維注冊技術又可以分為基于硬件設備和計算機視覺兩種。

基于硬件設備的追蹤技術主要是通過硬件傳感器跟蹤技術來實現，主要包括慣性導航系統、全球定位系統(GPS)、電磁、光學或超聲波位置跟蹤器等。谷歌的Project Tango就是通過手機的傳感器來進行運動追蹤。雖然它無需通過計算機復雜的算法來獲取位置信息，速度比較快，但是相應的注冊精度不是很高，比如GPS定位很容易受到復雜地形位置的干擾，而慣性定位追蹤的偏差度會隨時間增長不斷增大。

基于計算機視覺的注冊技術主要是指利用計算機視覺獲取真實場景的信息后，經過圖像處理方面的知識來識別和跟蹤定位真實場景。細分可以劃為基于傳統標志的注冊算法和基于自然特征點無標志注冊算法?；谟嬎銠C視覺的注冊技術的精度較高，但是對計算量非常大，而且算法復雜，對系統的要求非常高。

為了取長補短，得到更加精確的注冊結果，現在有結合兩種技術的混合注冊方法。通常是先由跟蹤傳感器大概估計位置姿態，再通過視覺法進一步精確調整定位。一般采用的復合法有視覺與電磁跟蹤結合、視覺與慣導跟蹤結合、視覺與GPS跟蹤結合等。

人機交互技術

因為AR是將虛擬的數字信息疊加在現實環境中，所以非常注重用戶在真實環境中和虛擬物體的自然交互。這就需要有針對性的設計用來交互的“工具”，保證能夠執行用戶對虛擬物體發出的各種指令。

AR的交互方式現在有通過外界的硬件設備來實現，如鼠標鍵盤，數據手套等等。還有一種更自然的交互方式，就是通過基于計算機視覺的手勢識別，以及語音識別等等。它們不需要借助其他硬件載體，就可以直接和虛擬物體進行交互，而這種人機交互依賴于以深度學習算法為基礎的人工智能的發展?，F在的AR硬件設備大多都可以實現簡單的語音和手勢動作的識別交互，但是涉及到一些復雜的指令的時候，可能會無法進行及時的命令反饋。

上面提到的三大塊只是AR技術的主干支，在每一個主干下面都能衍生出其他分支技術。隨著技術的不斷深入發展，未來的AR會和真實世界完全融合。就像《黑鏡》第三季的《游戲測試》故事那樣，人們或許會逐漸無法分辨何為現實何為虛擬。

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