增強現實，進行到哪裏了？_風聞

文/觀察未來科技

自遠古時代起，人類就常常幻想能無中生有，或者自由穿梭於時空，而增強現實（AR）和虛擬現實（VR）技術在感官層面給了人們這種能力和自由。儘管AR和虛擬現實VR概念已經出現了幾十年，然而AR/VR大量出現在科技媒體上吸引各方的關注也就是近年來的事情。

**雖然AR/VR同時受到了多方的關注，但從技術角度和應用前景來看，AR和VR還是大有差別的。**相較於VR，AR中的R（Reality）是更加真實的R，而凡是能對R有附加額外信息的都算A（Augmented）。也就是説，AR裏面的信息是疊加到真實的場景裏，而不是虛擬的場景（VR）裏的。

簡言之，VR是趨近現實；AR是超越現實。超越現實的AR是否真的具有超越現實的力量？又將對真實的世界帶來什麼影響？

增強現實到超越現實

增強現實（AR）和虛擬現實（VR）是兩種不同的技術，有着顯著區別，但卻常常被相提並論。AR****提供跟周圍環境和場景有着實時聯繫的文本、符號或圖形信息；VR則完全替換了我們的視覺世界。

更詳細一點來看，增強現實能夠把含有字母、數字、符號或圖形的信息疊加或融合到人們看到的真實世界中。在增強現實世界中，“網絡”就是人們所處的空間。增強現實能夠提供人們無法從現實世界獲得的更深層次的信息，這些信息可以使世界變得更加豐富多彩。

**一條陌生的街道，在正常人的眼中只是一條街道，但從增強現實的角度看，它會覆蓋上一層不同的“信息外衣”或所謂的“長尾”。**人們能夠知道這條街的名字是什麼，有什麼樣的商店，以及哪些商店是最好的。讀一本書可能變為一種三維的體驗，圖片可能會浮現在文字上，而超鏈接也可能帶有動畫效果，讀者能夠通過眼部的運動翻動書頁，而且，沒有必要再去限制頁面的尺寸。

人們可以瞭解他們想知道的一切。目前**，一****些AR產品已經具備了這些功能**。隨着技術的發展，增強現實還可以發展得更加先進，使得交互從精確的位置擴展到整個實時環境，從簡單的人與屏幕之間的交流，到將人融入到周圍的環境中去。

雖然增強現實這個概念是一個科技感十足的現代產物，但早在20世紀90年代**，**波音公司的科學家湯姆·考德爾（Tom Caudell）就創造了它。

而使現代增強現實設備成為可能的第一項技術可以追溯到20世紀初，當時，愛爾蘭的望遠鏡製造者霍華德·格拉布爵士（Sir Howard Grubb）申請了一項專利。他發明了一項命名為“一個用於大小型武器上的新準直式瞄準鏡”，描述了一個用於幫助瞄準射擊武器的裝置。

1901年，格拉布在皇家都柏林協會科學研討交流會上就這項發明給出了描述：“可以想象一個探照燈式的光束，沿着槍的軸線方向投射，並調整到與火線一致，光束所落在的地方，就是擊中的目標。這顯然是不可行的，但這正説明了光束是達到我們目的的必要條件。”“瞄準器就是本論文的主題，它投射的不是一個實際的光或圖像，而是投射光學界所稱的虛擬圖像到物體上，獲得與實際光所得到的相似的結果。”

這項發明解決了人眼在某一時刻只能聚焦於同一景深的基本挑戰。只能專注於近距離的物體，或是專注於遠距離的物體。人眼的結構使得它不可能同時聚焦在兩個物體上。使用僅配備了機械瞄準器的步槍或手槍進行瞄準就特別具有挑戰性。至今，這仍是需要定期練習才能掌握的技能。

根據****Ronald Azuma在1997年的總結，增強現實系統一般具有三個主要特徵：虛實結合、實時交互和三維配準（又稱註冊、匹配或對準）。如今，整整二十多年過去了，AR已經有了長足的發展，系統實現的重心和難點也在隨之變化，但是這三個要素依然還是AR系統中不可或缺的。

可以説，AR就是從真實世界出發，經過數字成像，然後系統通過影像數據和傳感器數據一起對三維世界進行感知理解，同時得到對三維交互的理解。三維交互理解的目的是告知系統要“增強”的內容。

增強現實的現在和未來

幾十年來，人們一直依靠鼠標和鍵盤來操作計算機並與之交互，現在，在虛擬現實和增強現實的支持下，這些工具或許很快就將被取代。人機交互將逐漸發展為逼真還原現實場景，如同説話和眨眼一樣輕鬆簡單。由於AR具有擴大現實世界的優勢**，所以在醫學、精密儀器維護、軍事和工程等領域都能夠應用。**

就目前而言，顯然，AR導航是人們最為熟悉的AR應用。傳統的手機導航方式很好，但缺乏互動性，對於處在陌生地方的人來説，有時無法確定這是否是地圖上顯示的正確位置。將增強現實技術應用於導航，可以很好地解決這些問題。諾基亞城市萬花筒這個軟件可以很好地描述這一點。

2019年2月 Google推出了**“Google 地圖 AR導航 APP”測試下載，就是通過****AR功能在實際道路上顯示導航標誌的技術**。Google 地圖 AR 程序使用智能型手機的相機鏡頭，讓畫面同時出現實際道路與地圖來進行導航。它會在實際建築物、道路畫面上標示箭頭，比原本的地圖更能準確地讓人找到路，毫無困難地到達第一次要去的地方。

並且，屏幕上的標籤顯示這些建築物的確切位置和它們的大致距離。當人們點擊其中一個標籤，它就會顯示出詳細信息，比如餐廳的名字，它的特色食物和人們的評價。如果目的地離人們所處的位置有點遠，該軟件可以提供路線規劃導航和到達目的地的交通方式。

另外，當前，人們參觀博物館的時候，雖然可以看到很多文物，但有些文物是不完整的，如果遊客很多，更是很難看到文物的解釋內容，一些户外的歷史遺蹟也已經沒有了全貌。AR****可以帶來全新的體驗，通過對殘缺的文物進行重建，可以讓遊客一睹其原來的面貌。

此外，AR遊戲還****可以改善玩家與真實環境的互動體驗。手機遊戲Ingress就是AR遊戲中最好的例子。這個遊戲有一個簡單的科幻背景，玩家首先需要從兩個陣營中選擇一個，然後玩家需要在地圖上找到並收集物品，物品可以被視為經驗，然後找到Portal，進行攻擊或防禦。遊戲中的地圖基於谷歌地圖，所以物品和Portal的位置都是真實的，可以是博物館或特定的建築。玩家需要到現實世界中的那個地方去收集物品並來到Portal附近。

就未來的AR應用來看，在醫療領域，醫學生可以通過增強現實技術更好地學習人體和做手術，因為學生需要觀察真實的人體，外科醫生需要在現實生活中進行手術。這種情況下，AR可以起到輔助作用，例如它可以表明人體的哪個部位應該用手術刀做切口，或者哪個部位有腫瘤。這種輔助可以幫助外科醫生更準確地進行手術，提高手術的成功率。

在軍事領域，增強現實可以幫助部隊實時獲取位置信息，以及陌生戰場的地理數據。增強現實還可以提供基本的導航和飛機信息，以及軍用飛機的目標位置。

**在增強現實的幫助下，**不久的將來，我們或將面臨一系列可能性，在教育或職場培訓中，可以藉助增強現實技術幫助我們學習新技能；當地技術人員可佩戴增強現實設備，在專家的遠程幫助下，完成他們無法獨立勝任的工作。

還有多少現實障礙？

增強現實的興起是由近年來軟硬件的快速發展決定的，是科技人員幾十年努力推動的成果。在AR技術的應用中，也充滿了各種挑戰和機會。

2012年，由谷歌首次推出谷歌眼鏡，谷歌眼鏡也被視為世界上第一款真正的AR硬件設備。谷歌眼鏡的目標是向消費者提供無處不在的計算能力，它具有智能手機的一些功能，比如拍照、視頻聊天、發消息、上網和路線導航。**然而， 谷歌眼鏡卻以失敗告終。**在2015年1月，谷歌宣佈停止谷歌眼鏡的探索者版。

究其原因，谷歌眼鏡上一些核心應用程序的工作方式與手機並無差別。沒有任何應用程序能激勵用户在谷歌眼鏡上使用它。谷歌眼鏡像極了戴在頭上的手機，卻並不具有太大增強顯示的驚喜效果。除非有一個或幾個現象級應用讓用户想要繼續佩戴谷歌眼鏡，否則它就會成為一種不必要的產品。除此之外，彼時，谷歌眼鏡的市場定位也尚不明朗。

如今，儘管AR技術已經得到了充分的發展，但依然面臨許多挑戰。第一個挑戰與虛擬現實相同。為了讓用户完全沉浸其中，最好的情況是實時獲得圖像，但是會遇到不同的問題。**延遲是一直會有的問題，因為增強現實對實時同步有很高的要求。**隨着用户在現實世界中移動，虛擬信息應該儘可能快地被覆蓋，這樣用户才能得到正確的信息。最小化的延遲將增強用户的沉浸感。

**第二個挑戰是計算能力。**不同於只需要處理虛擬信號的虛擬現實，增強現實需要分析真實世界的環境，同時管理虛擬信號。在增強現實中有大量的數據，因此需要有強大的硬件。它的硬件是一個頭戴式裝置，所以應該設計成又小又輕的。電源應該儘可能的低，否則電池的壽命和熱量會讓用户感到困惑。

根據摩爾定律，小而強大的硬件才不會在未來成為問題。捕獲和跟蹤系統需要工作的準確性，這樣才能給用户提供正確的信息，軟件也應該進行優化，過濾信息，從而刪除無用的數據，保留有用的數據。

另一個需要解決的挑戰是上行帶寬。為了在現實世界中顯示虛擬信息，AR設備需要將現實世界的數據發送到附近的服務器，而附近的服務器會將信息再返回給AR設備。增強現實技術的特點導致它對上行帶寬有較高的要求，而目前的無線互聯網設備具有較大的下行帶寬。

最後**，正如谷歌眼鏡一般，十分令人擔憂的，還有****AR設備的隱私問題**。AR設備非常有吸引力，很多人想使用它們，但隱私問題仍然需要考慮。就拿谷歌眼鏡來説，它上面的攝像頭可以在不被注意的情況下拍攝照片或視頻，這意味着用户可以在電影院錄屏。

當走在街上時，增強現實技術可能會通過在Facebook上的點贊來找到用户的姓名、年齡等信息。雖然這些行為看起來很時髦，但實際上它們侵犯了隱私，這就是為什麼在谷歌眼鏡推出後，一些公司在一些特殊的場合禁止員工佩戴谷歌眼鏡的原因。

虛擬現實、增強現實和混合現實技術正在顛覆我們對身邊世界的體驗、理解及與世界的互動方式，更打開了通往其他世界的窗口。由此可能會誕生更多社區，催生更多合作，便於人們更高效地開展協作，培養技能，嘗試新想法。當然，這些技術也可能改變我們看待世界的視角，影響我們的行為，因此，在朝着技術狂奔而去的同時，我們還需要批判地使用技術。