正在发生的AR(增强现实)革命:完全案例+深度分析+趋势预测
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1.1 AR发展大事记

一、1966年:第一台AR设备

计算机图形学之父和AR之父伊凡·萨瑟兰(Ivan Sutherland)开发出了第一套AR系统和人类实现的第一个AR设备,被命名为“达摩克利斯之剑”(Sword of Damocles)。同时,该系统也是第一套VR系统。这套系统使用了一个光学透视的头戴式显示器,同时配有两个六度追踪仪,一个是机械式的,另一个是超声波式的,头戴式显示器由其中一个追踪仪进行追踪。受制于当时计算机的处理能力,这套系统将显示设备放置在用户头顶的天花板上,并通过连接杆和头戴设备相连,能够将简单线框图转换为3D效果的图像。

为什么要把显示设备吊在天花板上,然后再连接到头上呢?因为,当时的技术并不发达,做出来的头戴显示器非常笨重,如果直接佩戴会因为重量过大导致使用者断颈身亡,从头顶的天花板悬挂下来可以分担一定的重量。从某种程度上讲,伊凡·萨瑟兰发明的这个AR头盔和现在的一些AR产品有着惊人的相似之处。当时的AR头盔除了无法实现娱乐功能外,其他技术原理和现在的AR头盔并没有什么本质区别。

虽然这款产品被业界认为是VR和AR发展历程中里程碑式的作品,但在当时除了只得到大量科幻迷的热捧外,并没有引起很大的轰动。笨重的外表和粗糙的图像系统都严重限制了该产品在普通消费者群体里的普及。

二、1992年:AR术语正式诞生

1992年,“Augmented Reality”这一术语正式诞生。波音公司的研究人员汤姆·考德尔(Tom Caudell)和他的同事都在开发头戴式显示系统,以使工程师能够使用叠加在电路板上的数字化AR图解来组装电路板上复杂的电线束。由于他们对布线图进行了虚拟化处理,因此极大地简化了之前所使用的大量不灵便的印制电路板系统。

汤姆·考德尔和戴维·米泽尔(David Mizell)在论文中首次使用了“Augmented Reality”这个词来描述将计算机呈现的元素覆盖在真实世界上这一技术,并在文章中探讨了AR相对于VR的优点。例如,因为AR需要计算机呈现的元素相对较少,因此它对计算机处理能力的要求也较低。同时,他们也知道为了使虚拟世界和真实世界更好地结合,对于AR的定位技术(Registration)的要求应该不断增强。

同年,两个AR的原型系统——Virtual Fixtures虚拟帮助系统和KARMA机械师修理帮助系统,由美国空军的路易斯·罗森伯格(Louis Rosenberg)和哥伦比亚大学的史蒂夫·费纳(Steve Feiner)等人分别提出。

路易斯·罗森伯格在美国空军的阿姆斯特朗实验室里开发出了Virtual Fixtures,该系统可以实现对机器的远程操作。而随后路易斯·罗森伯格将研究方向转向了AR技术,包括如何将虚拟图像叠加到用户的真实世界画面中等各项研究,这也是当代AR技术讨论的热点。从这时开始,AR和VR的发展道路便分离开了。

KARMA(Knowledge–based Augmented Reality for Maintenance Assistance,基于知识的增强现实维修助手),是在哥伦比亚大学计算机图形和交互实验室中被研发出来的一个AR协助维修设备的系统。研究人员使用该系统和HMD头戴式显示器(Head Mount Display),即头显。通过各种头戴式显示设备向眼睛发送光学信号,可以实现VR、AR 和MR 等不同效果。来辅助维修一台激光打印机。

上图中的线框是通过HMD看到的图像,用来告诉用户如何从激光打印机中取出托盘。虚拟的实线模拟了托盘在打印机中的位置,箭头代表托盘需要取出的方向,而虚线则表示托盘取出后的位置。

三、1994年:AR技术的首次表演

这一年,AR技术首次在艺术作品上得到发挥。艺术家朱莉·马丁(Julie Martin)设计了一个叫《赛博空间之舞》(Dancing in Cyberspace)的表演。舞者作为现实存在与投影到舞台上的虚拟内容进行互动,在虚拟的环境和物体之间穿梭,这是AR技术非常到位的呈现,也是世界上第一个AR戏剧作品。

四、1997年:AR定义被确定

罗纳德·阿祖玛(Ronald Azuma国际知名AR专家,在美国北卡罗来纳大学任教,曾在诺基亚研究中心工作,现在英特尔实验室主导AR相关项目。)发布了第一个关于AR的报告。在报告中,他提出了一个已被广泛接受的AR定义。这个定义包含3个要素:将虚拟和现实结合、实时互动和基于三维的配准(又称注册、匹配或对准)。近20年过去了,AR已经有了长足的发展,系统实现的重心和难点也随之发生了变化。但是,这3个要素依然是AR系统中不可或缺的。

哥伦比亚大学的史蒂夫·费纳等人发布的游览机器(Touring Machine),是第一个室外移动AR系统。这套系统包括一个带有完整方向追踪器的透视头戴式显示器,一个捆绑了计算机、DGPSDGPS是英文Differential Global Positioning System的缩写,即差分全球定位系统,其工作方法是在一个精确的已知位置(基准站)上安装GPS监测接收机,计算得到基准站与GPS卫星的距离改正数。和用于无线网络访问的数字无线电的背包,一台配有光笔和触控界面的手持式计算机。下面右边这幅图,就是戴上这套设备后,参观校园时所能看到的景象。

五、1998年:AR第一次用于直播

此时,体育转播图文包装和运动数据追踪领域的Sportvision公司开发了1st&Ten系统。在橄榄球实况直播中,用其实现了“第一次进攻”黄色线在电视屏幕上的首次可视化。该系统是针对冰球运动开发的,其中的蓝色光晕被用以标记冰球所处的位置,不过这个系统并没有被普通观众所接受。

对于很少玩橄榄球的人来说,可能很难理解这套系统,但在我们每次看游泳比赛时,每个泳道上会显示出选手的名字和排名等信息就是使用了类似的AR技术。

六、1999年:带给App革命的第一个AR SDK软件开发工具包(Software Development Kit),是辅助开发某一类软件的相关文档、范例和工具的集合。