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      增強現實技術(AR)發展概述
      時間:2017-12-8 20:05:57   瀏覽:1901
            現實技術(AugmentedReality,簡稱AR),是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像、視頻、3D模型的技術,這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界并進行互動。除了看清楚你自己的世界,還可以親身體驗別人的世界,這就是增強現實(AR)技術帶來的沖擊效果之一。這種技術1990年提出。隨著隨身電子產品CPU運算能力的提升,預期增強現實的用途將會越來越廣。

        而這一技術可以說是安防行業發展的新機遇。

        通過AR等技術與視頻圖像算法、視頻壓縮及傳輸、云計算、大數據等科學技術的深度融合,視頻監控系統作為關鍵性內容的輸入端和圖像、數據的處理端,立足VR/AR用戶體驗,可以有效針對虛擬現實場景,強化其內容拼接、色差消除、景深調整、數據處理、結構化數據提取和分析等技術處理效果,為用戶提供浸入式的視頻感知體驗,助力AR產品實現良好的體感交互,為視頻監控行業創造出嶄新的行業應用和市場需求,推動視頻監控系統在民用、商用等領域得到更為廣泛的應用。

        一、技術原理

        AugmentedReality簡稱AR,也被稱為擴增現實(中國臺灣地區)。

        增強現實技術,它是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術,是把原本在現實世界的一定時間空間范圍內很難體驗到的實體信息(視覺信息,聲音,味道,觸覺等),通過電腦等科學技術,模擬仿真后再疊加,將虛擬的信息應用到真實世界,被人類感官所感知,從而達到超越現實的感官體驗。真實的環境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。

        增強現實技術,不僅展現了真實世界的信息,而且將虛擬的信息同時顯示出來,兩種信息相互補充、疊加。在視覺化的增強現實中,用戶利用頭盔顯示器,把真實世界與電腦圖形多重合成在一起,便可以看到真實的世界圍繞著它。

        增強現實技術包含了多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器融合、實時跟蹤及注冊、場景融合等新技術與新手段。增強現實提供了在一般情況下,不同于人類可以感知的信息。

        二、主要特點

        AR系統具有三個突出的特點:

        真實世界和虛擬的信息集成;

        具有實時交互性;

        是在三維尺度空間中增添定位虛擬物體。AR技術可廣泛應用于多等領域。

        三、組成形式

        一個完整的增強現實系統是由一組緊密聯結、實時工作的硬件部件與相關的軟件系統協同實現的,常用的有如下三種組成形式。

        (一)Monitor-Based

        在基于計算機顯示器的AR實現方案中,攝像機攝取的真實世界圖像輸入到計算機中,與計算機圖形系統產生的虛擬景象合成,并輸出到屏幕顯示器。用戶從屏幕上看到最終的增強場景圖片。它雖然簡單,但不能帶給用戶多少沉浸感。Monitor-Based增強現實系統實現方案如下圖所示:

        Monitor-based增強現實系統

        (二)光學透視式

        頭盔式顯示器(Head-mounteddisplays,簡稱HMD)被廣泛應用于虛擬現實系統中,用以增強用戶的視覺沉浸感。增強現實技術的研究者們也采用了類似的顯示技術,這就是在AR中廣泛應用的穿透式HMD。根據具體實現原理又劃分為兩大類,分別是基于光學原理的穿透式HMD(OpticalSee-throughHMD)和基于視頻合成技術的穿透式HMD(VideoSee-throughHMD)。光學透視式增強現實系統實現方案如下圖所示:

        光學透視式增強現實系統

        光學透視式增強現實系統具有簡單、分辨率高、沒有視覺偏差等優點,但它同時也存在著定位精度要求高、延遲匹配難、視野相對較窄和價格高等不足。

        (三)視頻透視式

        視頻透視式增強現實系統采用的基于視頻合成技術的穿透式HMD(VideoSee-throughHMD),實現方案如圖5所示:

        視頻透視式增強現實系統

        四、應用領域

        AR技術不僅在與VR技術相類似的應用領域,諸如尖端武器、飛行器的研制與開發、數據模型的可視化、虛擬訓練、娛樂與藝術等領域具有廣泛的應用,而且由于其具有能夠對真實環境進行增強顯示輸出的特性,在醫療研究與解剖訓練、精密儀器制造和維修、軍用飛機導航、工程設計和遠程機器人控制等領域,具有比VR技術更加明顯的優勢。

        醫療領域:醫生可以利用增強現實技術,輕易地進行手術部位的精確定位。

        軍事領域:部隊可以利用增強現實技術,進行方位的識別,獲得實時所在地點的地理數據等重要軍事數據。

        古跡復原和數字化文化遺產保護:文化古跡的信息以增強現實的方式提供給參觀者,用戶不僅可以通過HMD看到古跡的文字解說,還能看到遺址上殘缺部分的虛擬重構。

        工業維修領域:通過頭盔式顯示器將多種輔助信息顯示給用戶,包括虛擬儀表的面板、被維修設備的內部結構、被維修設備零件圖等。

        網絡視頻通訊領域:該系統使用增強現實和人臉跟蹤技術,在通話的同時在通話者的面部實時疊加一些如帽子、眼鏡等虛擬物體,在很大程度上提高了視頻對話的趣味性。

        電視轉播領域:通過增強現實技術可以在轉播體育比賽的時候實時的將輔助信息疊加到畫面中,使得觀眾可以得到更多的信息。

        娛樂、游戲領域:增強現實游戲可以讓位于全球不同地點的玩家,共同進入一個真實的自然場景,以虛擬替身的形式,進行網絡對戰。

        旅游、展覽領域:人們在瀏覽、參觀的同時,通過增強現實技術將接收到途經建筑的相關資料,觀看展品的相關數據資料。

        市政建設規劃:采用增強現實技術將規劃效果疊加真實場景中以直接獲得規劃的效果。

        水利水電勘察設計:在水利水電勘察設計領域,三維協同設計穩步發展,可能會在不遠的將來取代傳統的二維設計,AR技術在設計領域的應用為水利水電三維模型的應用提供了更好的展示手段,使得三維模型與二維的設計、施工圖紙能更加緊密地結合起來。AR技術在勘察設計領域中可以有效地應用于實時方案比較、設計元素編輯、三維空間綜合信息整合、輔助決策和設計方案多方參與等方面。

        安防領域:增強現實作為一個新型的人機接口和仿真工具,受到了安防行業熱切的關注,得到了廣泛的應用,顯示出增強現實巨大的市場潛力,充分的發揮了創造力,是人類智能的一種擴展,提供了各種各樣的應用,對生產生活都產生了很深遠的影響。

        隨著技術的不斷發展,AR也將不斷的增強,特別是隨著輸入和輸出設備的價格不斷下降,隨著視頻顯示質量的提高,功能強大且易于使用的軟件越來越實用化。AR的應用必將日益增長。

        五、發展歷史

        增強現實顯示器,將計算機生成的圖形疊加到真實世界中。自從二十世紀七十年代早期,Pong進入電子游戲廳以來,視頻游戲走進我們的生活已經有30多年了,但是一直局限在屏幕中的2D世界中,而增強現實這一新技術的到來,將通過增強我們的見、聲、聞、觸和聽,進一步模糊真實世界與計算機所生成的虛擬世界之間的界線。

        從虛擬現實(創建身臨其境的、計算機生成的環境)和真實世界之間的光譜來看,增強現實更接近真實世界。增強現實將圖像、聲音、觸覺和氣味按其存在形式添加到自然世界中。由此可以預見視頻游戲會推動增強現實的發展,但是這項技術將不僅僅局限于此,而會有無數種應用。從旅行團到軍隊的每個人都可以通過此技術將計算機生成的圖像放在其視野之內,并從中獲益。

        增強現實將真正改變我們觀察世界的方式。想像您自己行走在或者驅車行駛在路上。通過增強現實顯示器(最終看起來像一副普通的眼鏡),信息化圖像將出現在您的視野之內,并且所播放的聲音將與您所看到的景象保持同步。這些增強信息將隨時更新,以反映當時大腦的活動。

        微軟公司于2015年1月22日發布的HoloLens全息眼鏡。

        六、國內外現狀

        作為新型的人機接口和仿真工具,AR受到的關注日益廣泛,并且已經發揮了重要作用,顯示出了巨大的潛力。AR是充分發揮創造力的科學技術,為人類的智能擴展提供了強有力的手段,對生產方式和社會生活產生了巨大的深遠的影響。

        隨著技術的不斷發展,其內容也勢必將不斷增加。而隨著輸入和輸出設備價格的不斷下降、視頻顯示質量的提高以及功能很強大但易于使用的軟件的實用化,AR的應用必將日益增長。AR技術在人工智能、CAD、圖形仿真、虛擬通訊、遙感、娛樂、模擬訓練等許多領域帶來了革命性的變化。

        總體來講,增強現實在中國處于起步階段,許多虛擬現實領域的企業已經開始專注于“增強現實”的研發和應用。

        目前國內外一些安防企業已開始在AR領域進行布局:Fortem公司已經成功實施一些3D/AR概念的監控平臺,還有大家熟悉的Milestone/AXIS/Avigilon/BOSCH/Genetec等知名安防公司;國內大華在公布年報同時強調強化AR的研究部署;而高新興去年年底戰略入股了蟻視科技(專注于虛擬現實、增強現實、全息現實等穿戴式設備的新興公司);中視典數字科技研發的VRP12.0就集成了增強現實的功能。

       


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