投石智能系統(tǒng)AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 助力英國喜德瑞B(yǎng)DR高峰論壇舞臺(tái)科幻互動(dòng)

 

 

    喜德瑞熱能技術(shù)集團(tuán)主辦的2012喜德瑞首屆高峰論壇，2012年8月5日至8月8日在廣西桂林召開，是一次供暖行業(yè)精英對(duì)話，分享交流經(jīng)營理念；集中展示和解讀智能供暖最新設(shè)備、技術(shù)難點(diǎn)、成功案例和相關(guān)政策，反映當(dāng)前供暖領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢(shì)。投石智能系統(tǒng)作為多媒體展示技術(shù)的獨(dú)家供應(yīng)商提供了本次高峰論壇最大的亮點(diǎn)，“BAXI英倫管家”的AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)服務(wù)。（www.17toushi.com）投石智能系統(tǒng)是一家從事數(shù)字展廳工程多媒體創(chuàng)意展示技術(shù)的企業(yè)，目前已經(jīng)在南京、蘇州、廣州、臺(tái)灣等地?fù)碛修k事機(jī)構(gòu)，擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)開發(fā)隊(duì)伍和優(yōu)秀管理團(tuán)隊(duì)，憑借在業(yè)界領(lǐng)先的AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、透明顯示屏、機(jī)械裝置等技術(shù)，國內(nèi)外大型展廳項(xiàng)目工程頻頻，在競爭激烈的數(shù)字多媒體展示行業(yè)內(nèi)樹立了品牌。

 

 

英倫管家，貴服務(wù)

 

    “主人您好，請(qǐng)問我能為您做點(diǎn)什么？”投石智能系統(tǒng)使用AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過舞臺(tái)的前方高清攝像頭，在識(shí)別完成定制的論壇彩色識(shí)別LOGO后， AR增強(qiáng)系統(tǒng)把一個(gè)虛擬的3D卡通的英國管家形象栩栩如生地推上真實(shí)的舞臺(tái)上，通過大屏幕和站在臺(tái)上的喜德瑞中國總裁謝新天先生一問一答。當(dāng)謝總將自己的居住和供暖需求提出后，這個(gè)可愛的“小管家”很快就推出3個(gè)適宜的供暖解決方案……這是喜德瑞中國特別在本次高峰論壇期間向公眾隆重推出的“英倫管家”尊貴服務(wù)理念。

 

信息平臺(tái)，全媒體

 

    由于在國內(nèi)的品牌展示中，難得見到AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在論壇現(xiàn)場，通過微博實(shí)時(shí)直播形式，大屏幕上不斷滾動(dòng)著嘉賓的精彩觀點(diǎn)。不少與會(huì)者在臺(tái)下用手機(jī)互動(dòng)：一會(huì)兒留言跟進(jìn)觀點(diǎn)，一會(huì)兒向?qū)＜姨釂柷蠼猓貌粺狒[。

 

 

微博熱評(píng)

 

 

 

 

 

關(guān)于投石增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

 

    增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR），也被稱之為混合現(xiàn)實(shí)。它是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息(視覺信息，聲音，味道，觸覺等)，通過科學(xué)技術(shù)模擬仿真后再疊加到現(xiàn)實(shí)世界被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。投石智能系統(tǒng)認(rèn)為，與傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)所要達(dá)到的完全沉浸的效果不同，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)致力于將計(jì)算機(jī)生成的信息同真實(shí)世界中的場景結(jié)合起來，它可以為醫(yī)療和工程用戶提供準(zhǔn)確、高效的輔助操作界面，也能夠?yàn)榻逃驃蕵烦绦驑?gòu)造引人入勝的交互環(huán)境。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、建筑、教育和娛樂等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景，而且它提供了一種更容易時(shí)間的虛擬現(xiàn)實(shí)的方法，更代表了下一代更易使用的人機(jī)界面的發(fā)展趨勢(shì)。

    

    投石智能系統(tǒng)AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)整體解決方案包括了機(jī)器視覺、識(shí)別物形狀識(shí)別、影像實(shí)時(shí)采集、三維模型建模和人物動(dòng)作動(dòng)畫、實(shí)時(shí)渲染、人機(jī)交互控制、大屏投影顯示等多個(gè)系統(tǒng)組成，在喜德瑞集體工作人員的協(xié)助下，投石智能系統(tǒng)技術(shù)工程師僅用一周的時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了高度定制化的AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)服務(wù)，并異地高品質(zhì)地完成了國際品牌的展示任務(wù)。

 

    下圖為喜德瑞熱能技術(shù)有限公司中國區(qū)總經(jīng)理謝新天先生（Eric Xie）在真實(shí)的舞臺(tái)上與虛擬的三維形象“BAXI英倫管家”對(duì)話的場景。

 

 

現(xiàn)場活動(dòng)照片

 

    由于要實(shí)現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實(shí)物體的完美結(jié)合，必須將虛擬物體合并到現(xiàn)實(shí)世界中的準(zhǔn)確位置，這個(gè)過程稱為注冊(cè)(registration)，因此AR跟蹤定位系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)觀察者在場景中的位置、視域的方向，甚至是運(yùn)動(dòng)的情況，以便用來幫助系統(tǒng)決定顯示何種虛擬物體，并按照觀察者的視場重建坐標(biāo)系。在AR應(yīng)用中，通常使用兩類跟蹤和定位技術(shù)，一種是基于硬件設(shè)備的跟蹤定位技術(shù)，一種是基于機(jī)器視覺的跟蹤定位技術(shù)。在本次喜德瑞熱能高峰論壇中，投石智能系統(tǒng)使用了第二種，就是基于機(jī)器視覺的跟蹤定位技術(shù)，依靠高清攝像頭對(duì)下圖圖案在攝像范圍內(nèi)的位置和角度來對(duì)虛擬的三維模型進(jìn)行定位識(shí)別。

 

 

    由于AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)服務(wù)需要通過視頻輸出設(shè)備進(jìn)行輸出，已達(dá)到現(xiàn)場的真實(shí)體驗(yàn)，所以led拼接屏、液晶拼接屏或者投影融合屏等大屏技術(shù)的結(jié)合必不可少，投石AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)在可以很好地兼容以上各種大屏輸出技術(shù)，適應(yīng)各種場景的顯示需求。

 

 

    本次活動(dòng)在現(xiàn)場彩排和高峰論壇現(xiàn)場的魔術(shù)般的表演吸引了眾多的目光，絕大多數(shù)喜德瑞的代理商和合作伙伴都是第一次見到AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)如此新奇獨(dú)特的表現(xiàn)形式，逼真的虛實(shí)疊加顯示效果讓人贊不絕口。各地的合作伙伴紛紛索取聯(lián)系方式，表示一定也會(huì)在自己的產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上考慮采用投石AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這一國內(nèi)仍舊非常罕見的多媒體展示技術(shù)。

 

AR系統(tǒng)的研究目前已取得了一定的成果，但是大部分仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。作為一個(gè)涉及到多種學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，在軍事國防、廣電直播、文廣娛樂、品牌營銷、路演活動(dòng)等各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都可以應(yīng)用到AR的相關(guān)技術(shù)。所以AR系統(tǒng)的研究發(fā)展領(lǐng)域依然很有前景，可探索領(lǐng)域也很廣泛。

 

投石智能系統(tǒng)希望借助自己的多媒體展示技術(shù)力量和國際化的案例實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，能夠把增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR盡快應(yīng)用到各領(lǐng)域當(dāng)中，也歡迎廣大4A公關(guān)公司和品牌公司、各類活動(dòng)開、閉幕式等，與我們共同探討應(yīng)用場景的可行性。

 

 

 

投石智能系統(tǒng)（Toushi Tec.）

 

    投石智能系統(tǒng)（http://m.westyy.cn/），主要從事 “人機(jī)交互系統(tǒng)”的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等多媒體展示交互業(yè)務(wù)，是2010年上海世博會(huì)多媒體展廳和2007年奧林匹克博物館多媒體展廳互動(dòng)設(shè)計(jì)服務(wù)供應(yīng)商。專注于多媒體展廳，數(shù)字展廳的建設(shè)，提供地面互動(dòng)投影，虛擬翻書，櫥窗互動(dòng)，多點(diǎn)觸控，全息投影，內(nèi)投球，外投球，幻影成像，虛擬現(xiàn)實(shí)，AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，透明顯示等人機(jī)交互展示方案。

 

投石智能系統(tǒng)精于人機(jī)交互技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)意設(shè)計(jì)，利用成像介質(zhì)，傳感器，影像，聲音，燈光，機(jī)械裝置等各類載體和介質(zhì)，并結(jié)合技術(shù)團(tuán)隊(duì)超過10年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為眾多行業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)造了新媒體互動(dòng)營銷情境下的原創(chuàng)互動(dòng)創(chuàng)意方案，尤其是設(shè)計(jì)和制作數(shù)字交互式的創(chuàng)意展示及產(chǎn)品。

    

    投石智能系統(tǒng)先后服務(wù)于中國移動(dòng)、華為終端、中興通訊、萬達(dá)廣場、奧林匹克博物館、聯(lián)想、芝華士、騰訊游戲、康師傅等品牌企業(yè)，是一家高新技術(shù)企業(yè)，英特爾Intel軟件全球合作伙伴，目前已經(jīng)在中國南京、廣州、蘇州、臺(tái)灣等區(qū)域設(shè)立有辦事機(jī)構(gòu)，是一個(gè)擁有國際化管理團(tuán)隊(duì)和案例經(jīng)驗(yàn)的品牌機(jī)構(gòu)，在大陸、臺(tái)灣、越南、南非、歐洲等地建立有代理商體系。

 

喜德瑞集團(tuán)（BDR Thermea）

 

　　超過150年歷史的英國BAXI（八喜）集團(tuán)和德地氏·瑞瑪集團(tuán)于2009年由歐盟委員會(huì)批準(zhǔn)宣布合并，成立名為“喜德瑞熱能集團(tuán)（http://www.bdrthermeachina.com/）”。強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的喜德瑞集團(tuán)將成為新的世界級(jí)暖通集團(tuán)。致力于創(chuàng)新性供熱和生活熱水解決方案及服務(wù)。集團(tuán)總部設(shè)在荷蘭的Apeldoorn市，由兩家董事組成的執(zhí)行委員會(huì)共同管理。

        

    八喜（BAXI）集團(tuán)和德地氏·瑞瑪集團(tuán)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，是基于互補(bǔ)的基礎(chǔ)上。BAXI（八喜）集團(tuán)在壁掛爐領(lǐng)域以及新能源領(lǐng)域是佼佼者，而德地氏·瑞瑪集團(tuán)在鑄鐵鍋爐領(lǐng)域是領(lǐng)軍企業(yè)，二者的互補(bǔ)聯(lián)合，使得喜德瑞集團(tuán)成為鍋爐領(lǐng)域綜合實(shí)力超強(qiáng)的集團(tuán)。兩個(gè)集團(tuán)在合并以前都采取了多品牌戰(zhàn)略，合并后產(chǎn)品種類更加豐富，其中包括中國用戶熟悉的BAXI（八喜）集團(tuán)Baxi, Baxi Roca, Brötje and Chappée，德地氏·瑞瑪集團(tuán)的De Dietrich, Remeha。在全球經(jīng)濟(jì)動(dòng)蕩的環(huán)境下，兩家集團(tuán)的合并，真正實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)資源互補(bǔ)，運(yùn)用一流的技術(shù)平臺(tái)，高效運(yùn)作，產(chǎn)生成本合力，大大提高集團(tuán)的競爭力。

 

  

 

 

 

 

分享投石智能系統(tǒng)與英國喜德瑞熱能集團(tuán)合作案例

 

我司與喜德瑞熱能集團(tuán)成功簽署即將召開的喜德瑞熱能技術(shù)BDR高峰論壇多媒體技術(shù)服務(wù)合作協(xié)議。此次我司將為喜德瑞熱能技術(shù)BDR高峰論壇提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等多媒體互動(dòng)產(chǎn)品。

屆時(shí)運(yùn)用AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)演講者與卡通人物“八喜”互動(dòng)對(duì)話的場景。當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)于舞臺(tái)演講時(shí)，“八喜”神秘出場，身材比例由小到大，直至大到象真人一樣，然后以標(biāo)準(zhǔn)英國管家的形式向

 

 

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）項(xiàng)目精彩劇情分享

 

八喜：主人，您好。我是八喜，來自英倫，是您的供暖管家。

 

領(lǐng)導(dǎo)：（側(cè)過身，豎起耳朵恭敬聆聽狀態(tài)，微微彎腰。）八喜，您作為我的供暖管家能夠?yàn)槲易鲂┦裁茨兀?/span>

 

八喜：（微笑，雙手掌心向內(nèi)，合掌成心型。）主人，我們將用最好的產(chǎn)品，組合成專業(yè)的系統(tǒng)，帶給您貼心的供暖享受。

 

領(lǐng)導(dǎo)：思考狀態(tài)，雙手報(bào)臂，右手托下巴思索問題狀態(tài)那你的供暖系統(tǒng)有什么與眾不同嗎？

 

八喜：（微笑，右手臂伸開，掌心向上，呈產(chǎn)品介紹姿勢(shì)。隨著八喜手指敲擊三次，“最全面、個(gè)性化和智能化的”——這幾個(gè)字幕對(duì)應(yīng)的三個(gè)手勢(shì)逐一出現(xiàn)）主人，我可以根據(jù)您家的采暖及生活熱水需求，為您即時(shí)提供最全面、個(gè)性化和智能化的解決方案。

 

領(lǐng)導(dǎo)：（開心狀態(tài)，不斷點(diǎn)頭。）聽起來真的很吸引人。

 

八喜：(興奮狀態(tài)，拍手鼓掌。)

 

領(lǐng)導(dǎo)：好的，那你就幫我介紹一下八喜的產(chǎn)品及服務(wù)吧

 

八喜：(以標(biāo)準(zhǔn)英國管家的形式向領(lǐng)導(dǎo)鞠躬，轉(zhuǎn)過身，對(duì)著鏡頭一指）(伴隨信號(hào)切換）好，主人，請(qǐng)稍候。我將馬上為您逞現(xiàn)八喜的產(chǎn)品系列及全套供暖解決方案。

 

 

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)原理及其他信息

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)綜述

 

產(chǎn)品簡介

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR），也被稱之為混合現(xiàn)實(shí)。它是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息(視覺信息，聲音，味道，觸覺等)，通過科學(xué)技術(shù)模擬仿真后再疊加到現(xiàn)實(shí)世界被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。與傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)所要達(dá)到的完全沉浸的效果不同，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)致力于將計(jì)算機(jī)生成的信息同真實(shí)世界中的場景結(jié)合起來，它可以為醫(yī)療和工程用戶提供準(zhǔn)確、高效的輔助操作界面，也能夠?yàn)榻逃驃蕵烦绦驑?gòu)造引人入勝的交互環(huán)境。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、建筑、教育和娛樂等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景，而且它提供了一種更容易時(shí)間的虛擬現(xiàn)實(shí)的方法，更代表了下一代更易使用的人機(jī)界面的發(fā)展趨勢(shì)。

 

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的發(fā)展進(jìn)程與研究現(xiàn)狀綜述

 

發(fā)展進(jìn)程

 

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AugmentedReality，簡稱AR)技術(shù)可以將虛擬的三維物體融合到現(xiàn)實(shí)場景中，并能支持用戶與其進(jìn)行交互，它己經(jīng)成為虛擬現(xiàn)實(shí)研究中的一個(gè)重要領(lǐng)域，同時(shí)也是人機(jī)界面技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

 

AR技術(shù)始于二十世紀(jì)六十年代，美國哈佛大學(xué) IvanSutherland教授發(fā)明了光學(xué)透明頭盔顯示器(see一 throughHead一 MountedDisplay，簡稱STHMD)顯示計(jì)算機(jī)生成的3D圖形[7]。20世紀(jì)80年代到90年代，AR的發(fā)展較為成熟，一些公司和高校不斷研制出完善的AR系統(tǒng)，其中比較好的有:

 

1986年，Furness研制的vCAss系統(tǒng)采用頭盔顯示器將射程、射擊目標(biāo)等作戰(zhàn)信息顯示在飛行員的視野上。

 

1986年，美國北卡大學(xué)   (LJNCatChaPelHill)研制出用于實(shí)現(xiàn)生物化學(xué)和建筑可視化的STHMD系統(tǒng)。

 

1993年，美國哥倫比亞大學(xué)的Feine:教授等人設(shè)計(jì)了一個(gè)基于知識(shí)的AR系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于指導(dǎo)機(jī)械維修，可以將有關(guān)技術(shù)說明疊加在激光打印機(jī)上，輔助技術(shù)人員完成維修工作，這樣，技術(shù)人員再也不用帶著大量笨重的資料在身邊，邊進(jìn)行維修工作，邊查閱身邊的資料，一旦出現(xiàn)難題、緊急情況，就會(huì)不知所措了。

 

20世紀(jì)90年代初期，波音公司的Tom Caudell和他的同事在他們?cè)O(shè)計(jì)的一個(gè)輔助布線系統(tǒng)中提出了“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”（augmented reality，簡稱AR）這個(gè)名詞。在他們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，應(yīng)用S-HMD把由簡單線條繪制的布線路徑和文字 提示信息實(shí)時(shí)地疊加在機(jī)械式的視野中，而這些信息則可以幫助機(jī)械師一步一步地完成一個(gè)拆卸過程，以減少在日常工作中出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。接下來又相繼出現(xiàn)了多種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)，主要集中在醫(yī)療、制造與維修、機(jī)器人動(dòng)作路徑的規(guī)劃、娛樂和軍事等幾個(gè)方面。但是由于設(shè)備和精度等方面的原因，所有這些系統(tǒng)都沒有真正投入實(shí)際應(yīng)用，Azuma在1997年曾對(duì)這些系統(tǒng)和其使用的基本技術(shù)給出過一個(gè)詳盡的綜述。

 

同沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)相比，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)不但應(yīng)用的場合廣泛，而且更加安全，因?yàn)?a href=http://m.westyy.cn target=_blank class=infotextkey>增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以讓用戶在看到虛擬物體的同時(shí)，仍能看到真實(shí)的場景，即使在停電和設(shè)備故障等情況下，也能保證用戶的安全。20世紀(jì)90年代末，這個(gè)領(lǐng)域的研究者們開始聚會(huì)在一系列每年召開的和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相關(guān)的國際研討會(huì)和工作會(huì)議上，例如，國際增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工作會(huì)議（IWAR），國際增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)研討會(huì)（ISAR）和國際混合與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)會(huì)議（ISMAR）等。這些會(huì)議在很大程度上促進(jìn)了AR的研究發(fā)展。近年來隨著移動(dòng)設(shè)備計(jì)算能力的增強(qiáng)和對(duì)網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境的關(guān)注，對(duì)戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和支持分布式協(xié)同操作增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究明顯增加。

 

國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

 

20世紀(jì)90年代末，AR領(lǐng)域的研究者們開始集會(huì)在一系列每年召開的和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相關(guān)的國際研討會(huì)和工作會(huì)議上，其中包括國際增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工作會(huì)議(IWAR)、國際增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)研討會(huì)(ISAR)和國際混合與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)會(huì)議(IsMAR)等，這些會(huì)議很大程度上促進(jìn)了AR研究的發(fā)展。國外研究AR系統(tǒng)的單位有德國SIEMENSAG、美國微軟公司、美國MIT大學(xué)，美國哥倫比亞大學(xué)、澳大利亞Vienna大學(xué)、日本Nara協(xié)會(huì)等，這些單位已經(jīng)在AR系統(tǒng)的攝像機(jī)校正算法、AR頭盔顯示器的設(shè)計(jì)、硬件平臺(tái)的應(yīng)用、視覺跟蹤技術(shù)等方面取得了一些可喜的成果。目前，國內(nèi)研究AR系統(tǒng)的單位有北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)研究所、國防科技大學(xué)、西安石油學(xué)院、電子科技大學(xué)、華中科技大學(xué)、上海大學(xué)等，國內(nèi)對(duì)AR技術(shù)的研究處于起步階段。

 

據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1995年至今，涉及AR系統(tǒng)的國際專利多達(dá)一百多篇，新近公開的一篇德國專利 DEI0108064述及的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，用視頻或音頻信息進(jìn)行綜合視覺跟蹤，探測(cè)用戶三維信息并報(bào)告其位置，其中的圖像記錄單元，記錄圖像并轉(zhuǎn)換格式，注釋系統(tǒng)，合成位置數(shù)據(jù)，存檔數(shù)據(jù)，生成實(shí)時(shí)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境。美國公開的專利US2002191003也涉及了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)，他們用攝像機(jī)定位物體位置并報(bào)告給連通的計(jì)算機(jī)以呈現(xiàn)圖像，同時(shí)讓計(jì)算機(jī)模擬出天氣、險(xiǎn)情等三維場景，經(jīng)過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)處理后的畫面將真實(shí)場景與虛擬場景進(jìn)行無縫融合讓觀眾有深深的身臨其境的感覺，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于航海安全控制輔助、飛行員培訓(xùn)、應(yīng)急訓(xùn)練等方面。而國內(nèi)涉及AR的專利還很少。

 

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

 

1．在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用研究

軍用飛機(jī)和直升機(jī)利用頭盔顯示器將矢量圖形疊加到飛行員視野中，提供導(dǎo)航信息。美國著名的 SIMNET 系統(tǒng)在 1995 年融入了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過一些特殊的頭盔式顯示器和測(cè)距儀，使配備該設(shè)備的戰(zhàn)斗人員能夠看見其他作戰(zhàn)單位的增強(qiáng)信息。

 

2．在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用研究的一個(gè)熱點(diǎn)，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將病人的MRI（核磁共振）或 CT（計(jì)算機(jī)控制 X 射線斷層分析）疊加在病人身體或?qū)嵨锶梭w模型上，幫助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)方案的制定、手術(shù)時(shí)的輔助指引、模擬的手術(shù)訓(xùn)練。MIT的 AI 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在腦外科手術(shù)中的應(yīng)用研究，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)合成圖像的手術(shù)技術(shù)操作。

 

3．在工程設(shè)計(jì)和裝配維修領(lǐng)域的應(yīng)用研究

1995 年 ECRC（歐洲計(jì)算機(jī)研究中心）將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程協(xié)作進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備使得異地的設(shè)計(jì)人員或客戶與本地的設(shè)計(jì)人員共享一個(gè)實(shí)物或 CAD 模型信息，并可以實(shí)時(shí)地交流設(shè)計(jì)改進(jìn)思想。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械儀器的組裝維修方面，可將裝配流程指南按照工作進(jìn)度準(zhǔn)確地顯示給用戶，指導(dǎo)用戶順利完成任務(wù)。相對(duì)安裝手冊(cè)而言，這些附加的文字、圖像更加生動(dòng)易于理解。科羅拉多大學(xué) Feiners 研究組應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行激光打印機(jī)的維修。波音公司將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)制造中的電力線連接和接線器的裝配。

 

4．在文化娛樂領(lǐng)域的應(yīng)用研究

德國 DML（數(shù)字媒體實(shí)驗(yàn)室）利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)擴(kuò)展了原來基于藍(lán)影技術(shù)制作天氣預(yù)報(bào)節(jié)目的方法，用虛擬的三維場景替換了原來的平面背景，使得節(jié)目效果更好。

 

5．在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用研究

英國 Fraunhofer 學(xué)院開發(fā)了適用于城市規(guī)劃的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，使得建筑設(shè)計(jì)人員能夠在現(xiàn)場預(yù)視方案的效果，與應(yīng)用于該領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)而言，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以讓設(shè)計(jì)人員更真實(shí)地體驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與周圍環(huán)境是否和諧。

 

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的工作原理

由于AR應(yīng)用系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候要涉及到多種因素，因此AR研究對(duì)象的范圍十分廣闊包括信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)圖形和圖像處理、人機(jī)界面和心理學(xué)、移動(dòng)計(jì)算、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式計(jì)算、信息獲取和信息可視化，以及新型顯示器和傳感器的設(shè)計(jì)等。AR系統(tǒng)雖不需要顯示完整的場景，但是由于需要通過分析大量的定位數(shù)據(jù)和場景信息來保證由計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體可以精確地定位在真實(shí)場景中，因此AR系統(tǒng)中一般都包含以下4個(gè)基本步驟：(1)獲取真實(shí)場景信息;(2)對(duì)真實(shí)場景和相機(jī)位置信息進(jìn)行分析;(3)生成虛擬景物;(4)合并視頻或直接顯示，即圖形系統(tǒng)首先根據(jù)相機(jī)的位置信息和真實(shí)場景中的定位標(biāo)記來計(jì)算虛擬物體坐標(biāo)到相機(jī)視平面的仿射變換，然后按照仿射變換矩陣在視平面上繪制虛擬物體，最后直接通過S-HMD現(xiàn)實(shí)或與真實(shí)場景的視頻合并后，一起顯示在普通顯示器上。AR系統(tǒng)中，成像設(shè)備、跟蹤與定位技術(shù)和交互技術(shù)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本系統(tǒng)的支撐系統(tǒng)。

 

簡單AR系統(tǒng)的基本流程

 

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中用到的相關(guān)支撐技術(shù)

 

一個(gè)完善的AR系統(tǒng)包括多個(gè)學(xué)科研究的技術(shù)，其中系統(tǒng)顯示定位技術(shù)，虛實(shí)融合技術(shù)和用戶交互技術(shù)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)AR系統(tǒng)的基本支撐技術(shù)

 

一、AR系統(tǒng)的顯示技術(shù)

一般增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的顯示技術(shù)分為以下四類:頭盔顯示器，投影式 (ProjeetDisplay)顯示技術(shù)，手持式(HandHeldDisplay)顯示器，普通液晶顯示器。

 

二、跟蹤定位技術(shù)

 

由于要實(shí)現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實(shí)物體的完美結(jié)合，必須將虛擬物體合并到現(xiàn)實(shí)世界中的準(zhǔn)確位置，這個(gè)過程稱為注冊(cè) (registration)，因此AR跟蹤定位系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)觀察者在場景中的位置、視域的方向，甚至是運(yùn)動(dòng)的情況，以便用來幫助系統(tǒng)決定顯示何種虛擬物體，并按照觀察者的視場重建坐標(biāo)系。在AR應(yīng)用中，通常使用兩類跟蹤和定位技術(shù)，一種是基于硬件設(shè)備的跟蹤定位技術(shù)，一種是基于機(jī)器視覺的跟蹤定位技術(shù)。

 

用于跟蹤定位技術(shù)的硬件系統(tǒng)和設(shè)備主要包括:全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPs)和DeadReckoning技術(shù)、超聲波定位儀、慣性導(dǎo)航裝置、螺旋測(cè)度儀、測(cè)距儀、光學(xué)系統(tǒng)、磁跟蹤器、機(jī)械裝置?；谝曈X的跟蹤注冊(cè)技術(shù)即是從真實(shí)環(huán)境中獲取一幅或者多幅圖像，然后標(biāo)定攝像機(jī)與目標(biāo)間的相對(duì)位置和方向。由于頭部跟蹤系統(tǒng)提供的跟蹤信息沒有反饋增強(qiáng)信息與真實(shí)環(huán)境的匹配程度信息，難以取得最佳匹配?；谝曈X的AR系統(tǒng)可以利用圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺的方法協(xié)助注冊(cè)，并且使得測(cè)量局限在圖像空間范圍。基于視覺跟蹤的方法大體上可以分為以下四類:

 

1．己知單幅圖像中的六個(gè)或者六個(gè)以上的匹配點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，Tsai等提出了這種算法，目前大多數(shù)研究者采用這種算法。這類視覺跟蹤的方法使用相機(jī)標(biāo)定的技術(shù)，利用單幅圖像中己知點(diǎn)的三維空間位置與它們?cè)趫D像平面坐標(biāo)系中的成像坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)跟蹤注冊(cè)。這些已知點(diǎn)是物體的特征點(diǎn):如拐點(diǎn)、孔洞、放置的標(biāo)志點(diǎn)。標(biāo)志點(diǎn)多采用平面標(biāo)志物體為定位基準(zhǔn):如長方形、圓環(huán)、五邊形、條形碼等等。

 

2．從運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)拍攝到的序列圖像或者是從拍攝到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)序列圖像進(jìn)行跟蹤。通過運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的序列圖像來研究運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征。首先要利用序列圖像來估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和確定目標(biāo)的結(jié)構(gòu)，即通過對(duì)序列圖像的處理，然后在具有系統(tǒng)噪聲和測(cè)量噪聲的情況下，從統(tǒng)計(jì)的意義上對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)做出精確的估計(jì)。

 

3．圖像的模板匹配。unenohara使用模板匹配的方法從不同視點(diǎn)提取真實(shí)環(huán)境的圖像用作模板尋找真實(shí)環(huán)境的數(shù)字化圖像，一旦找到虛擬物體就被疊加到真實(shí)環(huán)境。

 

4．三視圖和多視圖的跟蹤技術(shù)。由多部攝像機(jī)從真實(shí)環(huán)境的各個(gè)角度提取標(biāo)識(shí)物的圖像，通過應(yīng)用Harris角點(diǎn)檢測(cè)或SIFT特征點(diǎn)匹配等算法提取圖像特征點(diǎn)，計(jì)算場景中真實(shí)物體的深度信息，確定虛擬物體與真實(shí)環(huán)境的遮擋關(guān)系后顯示虛實(shí)結(jié)合的場景圖像，使真實(shí)場景與虛擬物體實(shí)現(xiàn)更加自然的時(shí)空范圍中的融合，使用戶可以與虛擬物體自由交互。

 

 

衡量AR系統(tǒng)性能以及影響其實(shí)用性的關(guān)鍵指標(biāo)是三維跟蹤注冊(cè)精度。目前的注冊(cè)誤差可以分成兩大類:靜態(tài)注冊(cè)誤差、動(dòng)態(tài)注冊(cè)誤差。靜態(tài)注冊(cè)誤差是當(dāng)用戶的視點(diǎn)和真實(shí)環(huán)境中的物體均保持靜止時(shí)才會(huì)產(chǎn)生。動(dòng)態(tài)注冊(cè)誤差則只有當(dāng)用戶的視點(diǎn)或者物體運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生的。動(dòng)態(tài)注冊(cè)誤差是造成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)注冊(cè)誤差的主要來源，也是限制增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的主要因素。為了彌補(bǔ)各種跟蹤技術(shù)的缺點(diǎn)，許多研究者采用混合跟蹤的方法以期取長補(bǔ)短，滿足增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)高精度注冊(cè)的要求。

 

三、虛實(shí)融合技術(shù)

 

虛實(shí)配準(zhǔn)技術(shù)是任何實(shí)用的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所首先需要解決的重要問題，這也是國內(nèi)外眾多研究人員對(duì)此問題展開詳細(xì)研究的原因所在?；谟?jì)算機(jī)視覺的注冊(cè)方法以其精度高、可用性強(qiáng)等特點(diǎn)已經(jīng)引起越來越多研究人員的關(guān)注。這種方法可以按照不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類:如從是否能夠在系統(tǒng)運(yùn)行過程中自動(dòng)獲取攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)角度，可以分為預(yù)定標(biāo)和非定標(biāo)兩種方法，從是否需要人為標(biāo)識(shí)，可以分為基于標(biāo)識(shí)以及基于自然特征兩種方法。

 

從是否能夠在系統(tǒng)運(yùn)行過程中自動(dòng)獲取攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)來看，可以分為預(yù)定標(biāo)和非定標(biāo)三維注冊(cè)兩種，一種基于仿射變換的非定標(biāo)三維注冊(cè)方法，這種方法將攝像機(jī)坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系和虛擬場景坐標(biāo)系合并，建立一個(gè)全局仿射坐標(biāo)系。通過將真實(shí)場景、攝像機(jī)和虛擬場景定義在同一坐標(biāo)系下，繞開不同坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換關(guān)系的求解問題，從而使得三維注冊(cè)問題的解決不再依賴于攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)的確定。事實(shí)上這種方法在避免了事先確定攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的同時(shí)也存在如下一些缺陷:首先該方法在仿射坐標(biāo)系下定義虛擬場景，這種坐標(biāo)系與當(dāng)前多數(shù)圖形渲染工具(如Opengl、Direct 3D等)所采用的歐氏坐標(biāo)系不符，一定程度上限制了算法的實(shí)用性;另外該方法不能將仿射投影矩陣分解為攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)兩部分,從而無法生成光照、陰影等效果，一定程度上影響了系統(tǒng)的真實(shí)感。為了改進(jìn)以上方法的不足，提出了一種基于投影重建的預(yù)定標(biāo)虛實(shí)配準(zhǔn)方法，這種方法采用小孔成像模型，規(guī)定攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)為已知而且在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不發(fā)生變化。系統(tǒng)在離線階段利用投影重建技術(shù)以及用戶指定的構(gòu)成正方形的四點(diǎn)建立世界坐標(biāo)系，實(shí)時(shí)注冊(cè)階段利用重投影技術(shù)恢復(fù)用戶指定的四點(diǎn)在當(dāng)前圖像上的位置以計(jì)算三維注冊(cè)矩陣。這種方法在避免了基于仿射變換的三維注冊(cè)方法的缺點(diǎn)的同時(shí)也存在著如下一些缺陷：最小配置下需要6點(diǎn)追蹤成功才能完成注冊(cè)，系統(tǒng)注冊(cè)精度在攝像機(jī)發(fā)生運(yùn)動(dòng)情況下很不穩(wěn)定;一旦攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)發(fā)生變化，則會(huì)產(chǎn)生較大的虛實(shí)配準(zhǔn)誤差，從而影響了虛實(shí)融合的真實(shí)感。針對(duì)上述問題，本文在第三章提出了一種基于自定標(biāo)技術(shù)的虛實(shí)配準(zhǔn)策略，該方法采用小孔成像模型，在歐氏坐標(biāo)系下表達(dá)虛擬場景，能夠克服仿射變換方法的一系列缺陷，同時(shí)由于在運(yùn)行過程中能夠自動(dòng)計(jì)算攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)，使得系統(tǒng)的運(yùn)行不在依賴于對(duì)攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的事先確定，有效提高了系統(tǒng)的可用性和精確性。

 

四、用戶交互技術(shù)

 

下一代AR技術(shù)的主要特征是實(shí)現(xiàn)用戶與真實(shí)場景中的虛擬物體之間更自然的交互，AR系統(tǒng)需要通過跟蹤定位設(shè)備獲取交互控制數(shù)據(jù)執(zhí)行用戶對(duì)虛擬物體實(shí)施的行為指令。AR應(yīng)用系統(tǒng)常使用以下3種方式實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的交互:

1．標(biāo)識(shí)特征點(diǎn):通過空間點(diǎn)位置選擇場景中的虛擬目標(biāo)是AR中最基本的交互方式。一般需要指定空間點(diǎn)的二維或三維坐標(biāo)。應(yīng)用中常使用預(yù)先定義的一個(gè)或多個(gè)定位標(biāo)記固定在交互物體上。

2．姿態(tài)命令:AR中的命令是通過運(yùn)用人工智能中的機(jī)器學(xué)習(xí)和模式識(shí)別技術(shù)來完成的。華盛頓大學(xué)的數(shù)字桌面系統(tǒng)使用貼有標(biāo)記的木板來操縱虛擬物體，一些系統(tǒng)中也使用裝有反光標(biāo)一記的黑色手套來操縱虛擬的國際象棋棋子。系統(tǒng)中的命令也可以依靠二維空間點(diǎn)輸入實(shí)現(xiàn)，如使用手勢(shì)識(shí)別等。

3．特制工具:特制工具通常是空間點(diǎn)的輸入工具和系統(tǒng)軟件的組合。在操作中，通過空間點(diǎn)工具操作虛擬目標(biāo)和控制面板提供的功能項(xiàng)，如滑塊、按鈕、選項(xiàng)或文字輸入，能夠增強(qiáng)對(duì)特定應(yīng)用的交互能力。在實(shí)際應(yīng)用的項(xiàng)目中，會(huì)提供稱為個(gè)人交互面板的工具(PIP)的特制工具與計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體交互。

 

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)

 

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)是虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互、三維注冊(cè)。

其中，虛實(shí)結(jié)合的特點(diǎn)是指虛擬物體與真實(shí)世界的結(jié)合，即使用戶所感知的混合世界里，虛擬物體出現(xiàn)的時(shí)間或位置與其真實(shí)世界對(duì)應(yīng)事物相一致和諧調(diào)。同時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)用戶當(dāng)前的位置或狀態(tài)即時(shí)調(diào)用與之相關(guān)的虛擬世界，并即時(shí)將該虛擬世界與真實(shí)世界結(jié)合，真實(shí)與虛擬之間的相互作用或影響是實(shí)時(shí)完成的，比如視線上的相互阻擋，形狀上的相互擠壓等等。

三維注冊(cè)要求對(duì)合成到真實(shí)場景中的虛擬信息和物體準(zhǔn)確定位并進(jìn)行真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制，使虛擬物體在合成場景具有真實(shí)的存在感和位置感。實(shí)現(xiàn)這種要求的前提是，利用各種傳感器檢測(cè)真實(shí)世界的信息，并創(chuàng)建相應(yīng)的幾何模型。模型的精確性取決于傳感器所獲取的精度，同時(shí)需要建立精確的模型，這需要巨大的數(shù)據(jù)量。AR環(huán)境中的交互過程需要從特殊的硬件交互設(shè)備或一些定位傳感器獲取數(shù)據(jù)，為了保證實(shí)時(shí)性，所有數(shù)據(jù)和相應(yīng)操作要求在極短的時(shí)間間隔內(nèi)得到處理，同時(shí)保證輸出幀頻保持在用戶可以接受的范圍內(nèi)。

 

結(jié)語

AR系統(tǒng)的研究目前已取得了一定的成果，但是大部分仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。作為一個(gè)涉及到多種學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都需要應(yīng)用到AR的相關(guān)技術(shù)。所以AR系統(tǒng)的研究發(fā)展領(lǐng)域依然很有前景，可探索領(lǐng)域也很廣泛。鑒于目前仍處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，南京投石智能系統(tǒng)希望借助自己的技術(shù)力量，能夠把增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR盡快應(yīng)用到國防建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展當(dāng)中，在實(shí)際中發(fā)揮它的價(jià)值，造福人類，這才是科研的真正目的。也歡迎廣大4A公關(guān)公司和品牌公司、各類活動(dòng)開閉幕式等，與我們共同探討應(yīng)用場景可行性。