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【原创深度】增强现实:超越游戏领域的现实世界解决方案

cathy 发布于:周五, 08/11/2017 - 10:56 ,关键词:

彼特•布朗 贸泽电子

若在大街上随机采访一路人有关虚拟现实(VR)的概念及工作方式,大多数人会倾向于回答VR的技术内容,甚至将其等同于电视剧“星际迷航:下一代”里应用的VR技术。但若是采访关于增强现实(AR)同样的问题,获取答案则非易事。人们会谈到游戏方面的技术,或谈到以失败告终的谷歌眼镜早期的版本。

AR的概念已然存在一段时间,但却一直悄无声息。直至Pokémon Go的发布,AR才真正走进公众的视野。Pokémon Go是一款视频游戏,将智能手机图像与真实世界的寻宝游戏结合在一起,让玩家可以同时体验真实和虚拟的世界。但是,究竟何为“AR”?且作为一项新兴的技术,它是否有潜力超越游戏和娱乐领域,成为解决现实问题的方案?本文将对各行业应用的各式AR试点项目及应用程序进行探讨,包括医疗、执法、教育、物流、建筑等行业。您将看到,AR技术如何转变为使用平台,在多个行业中投入应用——这项技术可以在简单的试点项目中使用,也可以应用在人们的日常生活中。

何为增强现实?

增强现实,有时被称为混合现实,是一项将真实世界的对象或环境与声音、视频、图像或GPS数据等感官输入设备生成的虚拟元素结合在一起的技术。与虚拟现实不同的是,虚拟现实技术完全用虚拟对象取代现实世界,而增强现实则是实时操作,与环境中的对象可以交互,并在真实环境中覆盖虚拟显示。

随着游戏的普及,AR技术充分展示了其将交互数字世界带入个人感知真实世界的实力。在这个世界里,数字可以显示出有关真实世界对象的更多信息,甚至还超越了真实世界实际可见的对象。想象一下:医生在给患者检查身体时,不需要扫描和X光,便可获悉患者的身体状况;孩子们学习分子时可以与分子进行互动;只要看一眼机器,便知道机器所需的维护和维修。

专用头盔显示器(HMD)或平视显示器(HUD)是典型的增强现实设备,如头戴装置(微软的HoloLens)、头盔或眼镜,以及智能手机或平板电脑等手持设备。英特尔公司的Recon Jet Pro智能眼镜,将智能手机的功能集成到轻量级眼镜中,从而实现了与远程企业资源规划(ERP)系统的交互。这款眼镜不仅仅是一个显示模块,还能让用户通过眼睛看到遥远的世界。一些供应商正使用其他对象进行扩展,以生成诸如投影仪、桌子或台灯之类的增强元素,或通过平板显示器本身来生成增强元素。有了这些改进,AR用户便不再受限于笨重的头盔或眼镜。

下一代医疗技术

随着人口老龄化趋势的增强,许多地区的医疗成本始终居高不下。而医疗技术的发展不仅可以降低医院、医疗服务提供者及保险公司的成本,还能提供更好、创伤更小的治疗方法。这里,增强现实技术被当作一种预防措施,使医疗专业人员可以以非传统的方式接收数据。

医疗保健行业巨头Cigna今年刚推出一项名为“BioBall”的项目。该项目使用了微软的HoloLens技术,以交互游戏的方式来测试患者的血压和身体质量指数。患者只需手持一个小球,在一分钟时间内捕捉屏幕上闪过的画面。BioBall以此感知患者的脉搏,并使用响应光线将游戏与患者的心跳连接起来。游戏结束后,患者便能在佩戴的耳机里收听到他们的健康指数,且相应的健康建议还会同步发送到相关的邮箱中。Cigna指出,这项技术旨在鼓励人们通过了解自身的健康数据来管理身体,并使人们获得针对性的治疗。

马里兰大学的Augmentarium虚拟和增强现实实验室则利用AR来改善超声波的工作(图1)。该大学健康信息和生物成像中心(CHIB)副主任芭芭拉•布劳恩•茨娜尼指出,通过使用微软的HoloLens和特殊的软件,佩戴了AR设备的医生便可以直接观察眼前的患者和超声成像,而不再需要通过一旁的屏幕进行观察。

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图1:医生使用HoloLens和增强现实软件可以直接在患者面前观察超声波。(来源:马里兰大学)

超声波仅仅是AR的开始。“对于手术方面的应用,我们只触及表层。实际上,我们正计划为其他成像方式提供类似的接口,同时进行实地测试,以确定这种工具的实际工作效果。”布劳恩•茨娜尼说。

其他许多公司正使用AR用于更复杂程序的平台开发。例如,Scopis正在开发一款工具,使外科医生在进行脊柱手术时可以增强视觉效果。

旧知识,新形式

与此同时,AR正为儿童教育开启新方向。AR提供了各式各样新的教学方法,激发了孩子们的学习兴趣。某些情况下,AR还可以帮助学习困难的孩子赶超其他同学。芬兰赫尔辛基大学的AR项目,通过使孩子们与气体、重力、声波和风力等物理学中的分子运动进行互动,帮助他们学习科学知识。他们发现,对于这些表现不佳的孩子来说,AR足以帮助他们缩小与其他学生之间的差距。同时, AR还可以使原本学习优异的学生更进一步,表现更佳。

AR还通过将“旧知识”转换成新格式,从而创建了新的学习类型。例如,赫尔辛基大学表示,AR使学习变得更有吸引力,因为孩子们在玩Pokémon Go时就已经尝试过这种技术了。故而,使用新技术来传授旧有的知识,这也是Shifu Orboot交互式STEM设备的宗旨。Orboot是增强现实在教育行业的应用,它使用平板电脑或智能手机,通过交互式3D内容,使孩子们了解历史、动物、纪念碑、语言和艺术、天气和文化知识等。

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图2:孩子们使用Orboot来了解这个国家特定地区的不同气候模式。(来源: Shifu)

这些信息通过AR生成的3D模型、音频和音乐来提供,使学习者可以获得更身临其境的学习体验。Shifu指出,其宗旨是促进积极的学习和记忆存储,而仅通过视频内容则不可能实现。

新型会议室

基于投影的增强现实技术正成为现实世界投射虚拟元素的新方式,笨重的头盔或眼镜将逐渐退出历史舞台。这就是为何AR日趋成为家居或办公环境的热门选择。新创公司Lampix和Lightform正在开发基于投影的增强现实技术,用于在会议室、零售显示器、酒店、数字标识等领域使用。

Lightform的设备可以连接到任何投影仪,其类似于一个Go Pro,且可以立即生成增强现实元素(图3)。这将有助于一个办公室中多个小组工作的开展,或在艺术家的工作室中创建新元素,或在零售标识应用程序中展示新产品。

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图3:该设备可以连接到任何投影仪,为零售、家居或办公环境创建增强现实元素。(来源:Lightform)

“我们认为,这项技术的涌入点是5分钟,” Lightform设计总监菲尔•列那瑞指出,“如果是很长的一段时间,佩戴AR或VR设备是有意义的。但若是一种更快速的体验——如在商场逛街,那就需要一种更流畅的体验。同时,这项技术也可以让很多人同时体验增强现实,且不需要佩戴昂贵的耳机。”

Lampix开发了一款灯具,使用投影模块、视觉模块和计算机,便可以实现增强现实。Lampix CTO和联合创始人米哈•杜米迪斯古指出,由于不需要耳机或眼镜,这类设备可以在会议室使用,这样,线上线下都可以开展协同工作。

“AR可以无缝融入人们的日常生活中。结合了AR的应用程序可谓充满无尽的潜力,将改善人们的日常活动。”杜米迪斯古说。“重点不应集中在技术本身,而应更多地关注体验。Lampix在实现这一目标方面则充满潜力。我们不需要看到设备的实体,因为它只是一种极富意义的体验。”

在浩瀚的空间中发现微小的DNA

公司和智库在全球范围内从事的工作才是意义所在。事实上,增强现实正试图进入每个行业和市场,至少在试点阶段是如此。例如,德国的FleetBoard便是在APP的开发阶段追踪卡车物流,以在出发前进行一系列的预检。FleetBoard车辆透镜APP(图4)使用智能手机和软件,提供实时图像识别来确定卡车的车牌。随后,相关信息被叠加在增强现实中,这样便加速了出发进程。

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图4:FleetBoard车辆透镜APP是一个试验项目,可以跟踪卡车的数字板,并将信息叠加在增强现实中 (来源:FleetBoard)

FleetBoard还与微软的HoloLens合作,创建了一种管理卡车车队的新方式。通过一张抽象路线图,增强现实可以让车队管理人员在3D环境中监视车辆,以防止事故和延误,并提醒司机前方路上可能出现的问题。

去年冬天,荷兰代尔夫特理工大学与急救队合作,将AR作为犯罪现场调查的工具。手持式AR系统使现场调查人员可以与偏远地区的法医小组一起合作破案,以最大程度地还原现场。AR还可以呈现犯罪现场的多个视角,而这些视角通常被现场破案人员所忽略。这对于追踪DNA痕迹、保存证据以及从外部获取医疗帮助非常有效。

桑迪亚国家实验室正在研究增强现实技术,将其作为一种工具,为那些保护易受攻击地区(如核武器和核材料)的人员提供更完善的安全培训。物理安全培训有助于引导用户模拟真实的案例,如盗窃或破坏活动,以便在事件发生时能更好地准备。使用AR耳机便可以完成这项培训,且价格优惠,不受地域限制。

芬兰的VTT技术研究中心最近为欧洲航天局(ESA)开发了一款增强现实工具,让宇航员可以在太空中对设备进行实时监测。太空任务必须在确切的时间且没有失误的情况下进行,而AR通过在混合现实的情况下与专家协调活动,可以让宇航员进行更深入的实践。该工具通过使来自空间站设备和其他系统的遥测数据可视化,如诊断数据和最新的维护数据、生命周期、辐射、压力或温度,从而可以使不可见的元素有迹可循——无论是来自太空还是地面的信息均显示在AR眼镜上。

美国的Daqri International则在工业AR中使用计算机视觉,以在机器或仓库工作时实现数据可视化。Daqri的眼镜和耳机可以展示视图项目数据、需要完成的任务及机器的潜在问题,甚至是需要放置或修复的对象。使用AR可以提高工业作业空间的安全性和有效性,同时使维修、维护和库存管理更加容易。

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图5:工人们需要完成的任务是Daqri AR耳机或眼镜中的可视元素

总结

增强现实将现实世界中的对象或环境与感官输入设备生成的虚拟元素结合在一起,如声音、视频、图形或GPS数据。AR是实时操作的,其与环境中发现的对象交互,在真实的环境中覆盖虚拟显示。尽管Pokémon Go大受玩家欢迎,但世界各地各公司已经开始使用AR来解决现实问题和需求。执法、教育、物流、建筑等行业正广泛应用AR技术,并取得了不错的结果,如培训、监控和协作等更加有效。至于AR的未来如何?随着AR技术的不断发展,大量使用AR的应用程序将如越过地平线的曙光,冉冉升起。

原文链接: http://www.mouser.com/applications/augmented-reality-beyond-gaming/

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