基于信息技术下的增强现实技术探究

摘 要 本文在增强现实发展基础上讨论目前增强现实技术的难点以及未来的发展方向。

【关键词】增强现实 互动 体验

1 增强现实技术内涵

增强现实（Augmented Reality，简称AR），是伴随着现代社会的发展的新型技术。苹果最新专利显示，增强现实技术将会成为未来主要应用之一。增强现实主要是指将计算机计算生成的虚拟信息无缝衔接到用户可感知的真实世界环境中的一种技术，作为对真实世界的补充而不是完全替代真实世界。

2 增强现实基本特征

2.1 虚拟融合

虚实结合是增强现实最主要的特点，增强现实的虚拟特性是指在真实世界的基础上对真实世界的补充，在实际场景中嵌入虚拟化元素，使得用户体验到迷幻融合的视听感受。

2.2 三维立体感

增强现实的物理模型基本上均属于三维成像元素，用户可以通过控制计算机生成的虚拟三维元素，使其和真实场景融合，多角度体验，增强用户体验趣味性，从而达到增强用户的视觉冲击力的目的。

2.3 交互特性

增强现实中的虚拟元素可以通过计算机的控制实现与真实场景的互动融合，使得使用者与增强现实的实时互动，使用户获得多元化的感官体验。

3 增强现实技术应用现状

目前，基于增强现实技术涌现出许多的应用，主要集中在增强现实电子书、展览展示系统、互动投影、导航定位等领域。

增强现实电子书与传统的纸质书籍相比，具有更加形象直观的特点，提高书籍的阅读体验，促进学生的自主学习。国内对增强现实电子书的研究，最具典型代表的就是北京师范大学现代教育研究所团队自主研发的增强现实教育应用案例“未来之书”。

浙江大学CG & CAD实验室则开发了基于增强现实技术应用于科技馆中的“基因剪刀”项目，吸引了许多儿童学习科普知识。

在增强现实教学演示应用方面，陈向东、张茜发表《基于增强现实的教学演示》该文章分析传统教学演示的基础上，将虚拟信息与真实场景融合从而给教学演示带来全新的视角。

4 增强现实技术难点和系统开发工具

AR技术发展迅速，目前已经出现多种用于虚拟现实系统开发的工具包，比如ARToolKit、Coin3D和MRPlatform等，ARToolKit开发工具是目前应用于虚拟现实开发比较广泛的。但是虚拟现实技术更多的是停留在实验室阶段，现实生活中并未广泛使用，总结一下开发难点主要有以下几个方面：

4.1 物体成像

由于虚拟现实技术需要将真实世界与虚拟世界结合起来，常常需要带一些头戴或手持设备，这些设备上的摄像机的摄像角度与眼睛的位置存在偏差， 因此虚拟物体的定位在真实视场中的定位和显示角度也会存在偏差， 且很难调整。

4.2 定位系统

户外应用是虚拟现实技术的一个重要方向，我们可以依靠虚拟现实设备进行定位，解决迷路问题，但是在较差的天气中， 民用GPS存在较大误差，由于现有许多户外的系统中的校正算法需要大量的输入和繁琐的校正步骤， 因此不适合商业化应用。

4.3 数据传输

虚拟显示应用中，需要做大量的数据处理，我们系统能力都要受制于数据传送的速度，因此由于带宽的限制会影响虚拟现实应用的使用效果。

4.4 数据计算

在虚拟现实系统中，我们需要实时呈现各种画面，掌握大量信息。因此，如何达到实时性和提高渲染效果是必须面对的一个问题，这也是目前虚拟现实技术研究中的热点之一。

5 增强现实技术未来应用展望

5.1 户外学习

在实际教学过程中，大量科学课程的学习需要走出课堂，或是在大自然中或是在博物馆中。移动增强现实技术能够使学生在户外或是博物馆中进行个性化自主学习，获得更多信息从而达到开阔视野的目的。

5.2 参观漫游

哥伦比亚大学Feiner研究小组已经研制出一套基于增强现实系统开发的户外校园漫游机，借助该套增强现实应用，用户漫游在校园中可以了解相关建筑物的详细信息，未来增强现实系统将应用到名胜古迹的参观中，当体验者漫步在名胜古迹环境中，就可以了解到古代建筑的相关信息。

5.3 军事信息

南澳大利亚大学基于增强现实技术开发了一套虚拟军事仿真器，基于该系统可以让户外用户看到虚拟的军事设施，北卡罗来纳大学目前正在采用磁传感器和视觉跟踪技术进行混合跟踪方面的研究工作，开发了一套增强现实系统未来增强现实技术将被更广泛的应用于军事战斗中。

5.4 展览展示系统

增强现实系统的一个重要应用是基于虚拟和真实的混合看到过去或未来的人物或事件。在车展中，汽车生产商可以基于增强现实技术给广大群众呈现出下一代概念车，或是推出一款新车的模型，详细描述汽车的各种属性以及对应参数；参观文物古迹的游客可以穿戴虚拟现实设备观赏在计算机技术生成下的古迹原貌，给参观者更好的视听感受。

6 总结

综上所述，与国外相比，国内自主设计研发的增强现实系统还不是很成熟，国内学者大多是观点描述性研究和分析探讨研究，随着时间的推移，增强现实技术的发展正呈加速趋势，无论是技术领域还是教育领域都已经开始密切关注增强现实技术带来的教育变化，其必将在教育领域中大展身手，使得教育研究者们所倡导的泛在学习的梦想逐步成为现实。

参考文献

[1]朱淼良，姚远，蒋云良.增强现实综述[J].中国图像图形学报，2007（07）：768-774.

[2]李烨，杨敏，李玉三.基于增强现实技术的移动虚拟电子书研究[J].软件导刊，2013（01）.

[3]陈向东，张茜.基于增强现实的教学演示[J].中国电化教育，2012（09）.

[4] Oliver N，Pentland A，Berard F.Lips and face real time tracker with facial expression recognition[C].Proc IEEE on CVPR，1997：123-129.

[5]Lee S U，Chung S Y.A comparative performance study of several global threshold techniques for segmentation [J].Computer Vision，Graphics and Image Processing，1990，152：171-190.

作者单位

大连东软信息学院数字艺术系 辽宁省大连市 116023

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