主题：【原创】增强现实的概念与应用 -- techfans

从今日起，Techfan将用几个月的时间，对增强现实/增强实境/扩增实境（augmented reality）技术进行全方位报道，从原理到应用，以及AR技术的发展前景和瓶颈。

点击这里查看文章目录。

目录大致如下：

概述

什么是增强现实

应用

医疗

制造与维修

注释和形象化

机器路径规划

娱乐

军用飞行器

展望

增强现实的商机

增强现实的商机之PPT

更多……

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本文是Techfans.net的增强实境系列文章的首篇，这个系列文章的列表请查看这里。本文将对增强现实下定义，探讨什么是增强实境/增强现实/Augemented reality。

增强现实，又被译为增强实境，英文叫做Augmented Reality (AR)。

所谓增强现实，是虚拟现实（Virtual Environments／Virtual Reality，以下简称VE）技术的升级技术。使用VE技术的用户，将完全沉浸于一个虚拟的合成世界中，这个时候，用户是无法看到他所处的现实世界的。而AR却可以让用户看到虚拟事物和信息与现实世界重叠的二维世界。也就是说，AR是使用信息技术对现实世界的一种补充和增强，而不是用虚拟化技术制造出一个完全虚拟的世界来取代现实世界。因此，在用户看来，虚拟和现实在同一个空间得到了结合，就像电影‘谁陷害了兔子罗杰’中的情形一样。图1是用来说明上述观点的一个很好的例子。图中有一个真实的桌子和一个真实的电话，同时还有两个虚拟的椅子和一个虚拟台灯。这些物品在三维空间中结合在一起，所以虚拟的台灯遮住了部分真实的桌子，而真实的桌子也部分遮住了两个虚拟的椅子。所以说，AR技术可以被认为是VE技术(完全虚拟)和远程呈现技术(completely real，完全现实)的中间态技术。

图1: 带有一个虚拟台灯和两个虚拟椅子的真实桌子。

一些研究人员从头戴显示技术（Head-Mounted Displays HMDs）的角度去定义AR，而我们认为这是不恰当的。为了防止AR技术被一些特定的技术所限制，这篇文章将从以下三个角度去定义AR：

结合现实与虚拟

实时交互

3-D

这样的定义可以让AR必要的组件得到保留，同时也允许了一些除了HMDs之外的其他的技术。举例子来看这个定义，它可以把电影和2-D overlays排除在外。像‘侏罗纪公园’这样的电影虽然把虚拟物品和真实环境在3D中混合在了一起，但是它并没有互动功能。实时视频中的二维虚拟覆盖（2-D virtual overlays）虽然可以实现互动，但是它却不是在3D中和现实世界相结合的。当然，这样的定义也允许基于显示器的接口，单眼系统，透视头戴式显示系统和其他的许多综合技术。

所谓增强实境（Augmented reality，下面简称AR），是一种结合虚拟化技术再来观察世界的方式。

直接来看，AR能为我们提供现实中无法直接获知的信息。但是，更深层次来讲，这种信息实际上又让每个人眼中的世界更加多样性。同样的大楼在我们的AR视线里，会披上完全不同的‘信息外套’，这或许又是一种‘长尾现象’。另外，海淀的百货大楼和朝阳的百货大楼，在地理上没有任何关联，可是却在AR中可以以信息的形式连接到一起。这些都是目前AR已经显现出来的一些特点。当然随着技术的发展，未来的AR可能会更加先进。

上段文字摘自这里。

本文是Techfans.net的增强现实系列文章的一篇，这个系列文章的列表请查看这里。本文将介绍增强现实技术在医疗中的应用。

医生们如今可以使用AR技术作为外科手术的可视化和培训设备。使用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging）、计算机断层扫描（Computed Tomography scans）、超声波图像诊断（ultrasound imaging）等非侵入式传感器，我们已经可以实时的收集到一个病人的三维影像数据集。这些数据集可以实时得到渲染，并和病人实体进行结合。在效果上来看，这会让医生得到病人体内的‘体内X射线视图’。在最低创伤外科手术（小刀口或者不需要刀口的手术，从而减小创伤）中，这将变得尤其有用。因为在一般的最低创伤外科手术中，医生很难看到病人体内的状况，这使得手术变得尤其困难。AR技术却能在这时提供体内视图，而完全不需要刀口。

AR当然也可以在外科病房中的日常的可视化任务上发挥作用。外科医生可以使用裸眼，发现一些他们单独在MRI或者CT中无法看到的病人生理特征。AR可以让外科医生们同时得到这两种视图。这样的视图还能用于执行一些精准操作，例如，在外科头部手术中显示在头盖骨的哪里钻孔，或者对一个小肿瘤执行穿刺活检。从非侵入式传感器得到的信息，将和病人实体结合并显示出来，精准的告诉医生从哪里开始他的手术。

AR在培训中也可以很好的得到运用。虚拟说明可以直接告诉一个新手外科医生详细的操作步骤，而不需要把视线从病人身上移开，去查阅手册。虚拟物体可以用于帮助分辨器官，指定具体的位置从而避免误操作。

许多的项目正在对这个运用领域进行开发。在北卡大学UNC教堂山分校，一个研究团队使用超声波传感器扫描了一个孕妇的子宫，生成子宫中胎儿的3D影像，并在一个透视HMD中显示（图2）。他们的目标是让医生能看到躺在妈妈子宫里面的运动着的婴儿，也就是制造一个‘3D听诊器’。而最近的应用则是用于一个乳房肿瘤的穿刺活检。图3显示了这个穿刺活检的肿瘤的模型，图中的虚拟物体就是肿瘤的具体位置，从而指引针的走向。另外还有很多的研究团队也在努力将MRI和CT的影像数据和病人身体直接结合，包括麻省理工学院MIT AI LAB，通用电气General Electric以及其他。

图2: 在孕妇子宫里面的虚拟婴儿影像

图3: 胸部肿瘤的针刺活检模型，3D影像用于指引针的插入

本文是Techfans.net的增强现实系列文章的一篇，这个系列文章的列表请查看这里。本文将介绍增强现实技术在制造与维修中的应用。

AR的另外一类应用，是用于复杂机械的装配、维护和维修上。悬浮在真实器械表面的3D虚拟指令，可以告诉操作者每一步该做什么，怎么做，这当然要比带有文字和图片的操作手册更加直接明了。

目前已经有很多的项目已经成功的将AR在这一领域很好的应用了。在图4和图5中展示的就是哥伦比亚大学的Steve Feiner的团队就使用AR制造了一套激光打印机维修系统[Feiner93a]。图4是旁观者视图；而图5则是带上这套系统的用户所能看到的视图，图中电脑生成的线框是在告诉操作者把纸托盘取下。

外链出处

图4: 哥伦比亚大学的打印机维修系统的旁观者视图

外链出处

图5: 哥伦比亚大学激光打印机维护系统。图中所示为指引操作着取下纸托盘

而波音公司的一个研究团队则在使用AR技术帮助技术人员安装组成飞机电路系统的线束。把这些操作流程以数字的形式存储起来既节省空间有节省开支。目前在波音，技术人员们都是使用巨大的实体布局板来制作线束，这些巨大的布局板要用好几个大仓库来储存。如果新开发的这套系统能得到很好的应用，这些仓库就可以空出来用于别处了。波音正在运营一套技术再投资计划（Technology Reinvestment Program TRP），投资推动将这项技术投入到工厂中。图6展示的是Adam Janin使用一套AR原型系统来制作线束。AR技术在未来一定会被用到诸如汽车引擎等更加复杂的机器上。

图6: Adam Janin延时波音的线束制作系统

比如说那张真实的桌子，如果换了位置，改变了形状，上面堆满了东西，恐怕想再嵌入虚拟影像就非常困难了吧。

而另外两篇提到的例子，我感觉运用增强现实技术只是起到说明书的作用，影响视觉不说，而且需要单独对某一个型号的设备单独开发，效率不高。

这个技术我不懂，不过看了你的科普文章后这是我的第一印象，希望你不要介意

‘增强现实技术只是起到说明书的作用’我很认同你的这句话，我认为基本上这也未来增强现实的最大的用处。我们肉眼无法直接看到很多事物所蕴含的信息，就用增强现实技术来把这个信息附在相关物体上。

实际上这相当于把现实世界和信息世界重叠，这样来创造更多价值。

比如警察冲进屋子里可以看清楚旁边的尸体死没死透，旁边门里歹徒的红外定位之类的。

不过你这里提的这种技术应该是指早已经输入的信息，只是在特定场景调用出来，而不是实时的由感应器获取信息并呈现给读者。

那么你觉得这种技术的优势在哪里呢，是虚拟化的显示方式呢，还是特定信息的搜集？如果是前者，我不觉得在工业上有很重要的应用，倒是有可能在大众娱乐上比较有前途。

嗯，不过目前在工业上已经有了很多的应用。而且目前在很多智能手机比如iPhone、android上也有了相关的应用。Google正在做这方面的增强现实搜索的产品，应该都还是比较有前途的