增强现实技术展望

作者:贸泽电子Mark Patrick

增强现实(AR)是一项具有巨大市场潜力的新兴技术,其目标是将真实世界和虚拟世界无缝地结合在一起,最终能够去除显示屏、鼠标和键盘,并可把用户界面变得自然且几乎无法察觉。通过使物理世界更接近数字世界,增强现实必定使二者都具备更高的效率。

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考虑到军用车辆和飞机上平视显示器(HUD)等很久之前就已经出现的先例,AR比姊妹技术虚拟现实(VR)早诞生了相当长的时间。这是因为基本的AR没有必要重新创建整个世界,它只需要在现实基础上叠加一些信息。首先,AR可以通过将发光显示屏反射到眼镜屏幕上,并通过这些来观察真实世界的视图来实现。AR的这种初始形式已经过数十年的测试和研究,并且针对关键问题进行了大量的开发。例如,如何在提供有用信息的同时而不会分散用户的注意力或混淆用户,以及虚拟元素施加到真实世界图像在显示屏上可以接受的延迟等等。

AR的三大主要类别

现在要确定哪些技术将成为未来主要的AR驱动因素还为时过早。AR有多种形式,并且有许多技术可以使用,包括现有的技术以及仍在开发中的技术。尽管有许多技术是相关连的,我们仍可以将AR领域本身分成三个主要类别,它们是:

• 手持式AR
• 投影区域AR
• 可穿戴/身临其境的AR

区分这些不同种类AR的另一种方式是,将手持式、可穿戴式和身临其境的AR通常称为“第一人称”界面,而投影区域AR则是“第三人称”界面。第一人称视角通常意味着用户嵌入到AR世界中,而第三人称视角则将用户定位为几乎大神级的人物,从上面或外面来查看AR世界。

手持式是目前最流行的AR应用。它依赖于具有运动和方向跟踪能力的手持设备,其中最常见的是手机。在这个AR变体中,手持设备充当AR世界中的可移动窗口,极受欢迎的Pokemon Go游戏就是一个熟悉的例子。同样,也有使用AR进行导航的Apps,例如餐厅评论Apps,可以将星级评分和其他信息叠加显示在附近餐馆。

手持式AR采用的是大多数人已经拥有的手机和平板电脑,而可穿戴式/身临其境的AR则依赖于耳机或眼镜,这些需要单独购买,而且有可能很昂贵(尽管现在有低成本的设备来尝试将手机变成一个基本的VR/AR耳机)。按照技术和实现方式考虑,可穿戴使式/身临其境式AR可以被看作超级的VR,它们依赖于类似的技术,但增加了AR元素。因此双重用途的AR/VR产品和Apps很有发展机会。

可穿戴AR值得关注

尽管手机Apps主导了AR的实际使用,但公众和媒体的注意力却不恰当地集中在新颖而有趣的可穿戴或头戴式显示器(HMD)上,这些设备主要依靠反射的微型显示器来生成增强图像,所使用的典型显示技术是小型硅基液晶(LCOS)、基于MEMS的数字光处理(DLP)和有机发光二极管(OLED)阵列。请注意,实际应用中的LCOS和DLP AR显示器包括一个照明光源,其光路需要额外的内部空间,而OLED则是自我照明,可能会影响设备尺寸和功耗。

这些AR耳机、可穿戴设备和眼镜与VR设备类似,但重要的是增加了“穿过(passthrough)”感。这是指外部世界的一种视图,虚拟元素可以通过直观的视图或者可能使用低延迟的摄像头进行叠加。总结当前的技术发展水平,直接观看的穿过式AR设备正在一些真实世界中使用,而基于相机的AR技术实际上在更大程度上是正在开发过程中。尽管所有形式的增强现实都必须克服分辨率、运动追踪以及真实和虚拟元素的同步等挑战,但基于相机的增强现实却更容易出现这些问题,因为它必须将整个实际视场实时传输到用户,并且对硬件要求更高。

量产中的AR硬件

谷歌眼镜可能是最知名的专业AR设备,它采用了一种单色LCOS阵列,并以快速循环的彩色LED照明来创建能够反射到用户视线中的全彩色显示,从而通过眼镜观察能够将其叠加在现实世界场景上。来自微软的体积更大、更精巧的HoloLens耳机像Google Glass一样,也采用了直接的视觉穿过。在HoloLens系统中,两个LCOS阵列产生独立的左侧和右侧图像,全息衍射光栅光学器件通过反射将反射图像聚焦到用户的眼睛。和谷歌一样,微软也是一直在遵循场景顺序彩色方式将单色显示变成彩色。然而,与重量较轻的单显示器Google Glass不同,HoloLens的两个LCOS阵列以及一些复杂的光学和处理功能可以显示三维AR图像。

AR:再次尝试企业市场

Google Glass是 AR吸引公众注意的第一大举动,但此举被证明是不太幸运的经历,而隐私是引发顾虑的主要问题之一。目前,企业级AR和消费类AR之间存在明显的差异,至少在短期内,这种差异可能会使企业级AR更加可行。

两者的不同之处在于,企业AR设备只要可以产生利润,便可以承受比消费品高得多的成本。例如,在生产线上,就成本效益而言,工人的AR眼镜可能与上百万美元的车床或注塑机一样重要,因此公司可能接受在AR系统上投资数百万美元,并且可以投资数万美元用于员工个人的耳机。另一方面,普通消费者的花费不太可能超过几百美元,因此消费品需要大批量市场的驱动,而企业级产品则可以在更小的利基市场中生存。在这种情况下,值得注意的是,在Google Glass收到普通消费者的冷淡回应之后,它重新发布了谷歌眼镜企业版(Google Glass Enterprise Edition),并且已经获得了很大的市场反响。

企业应用的可能性

在企业领域,AR能够提高员工的工作效率和生产率,同时可提高客户满意度并增大利润。一个很有意思的AR早期企业应用是面对面的客户关系管理(CRM)。例如,假如您走入一家咖啡店,脸部识别系统会通过AR眼镜告诉工作人员您的名字和您最喜爱的饮料,因而员工从您一走进门就可以开始准备您的订单,并通过名字来迎接您。这种个人信息的使用方式最初看起来可能令人毛骨悚然,但实际上呼叫中心和销售人员使用的传统CRM系统已经在做这些事情。

可以想象一下,医生和护士可以即时查看您的病史、当前药物、过敏等记录,从而能够为您快速做出最佳和最安全的决定。事实上,通过训练有素的员工,再加上昂贵的设备和资源,AR在医疗保健行业有很多潜在的应用。AR技术可以充分利用员工宝贵的时间,这是一个非常有吸引力的应用前景。

CRM是AR早期阶段应用的一个例子,由于它是将现有数据库的文本片段覆盖到场景,因而相对比较简单。对于那些从开始设计就是最大程度利用其独特优势的应用,AR才会显现出真正的价值。一位房地产经纪人在向某个房产的潜在买家介绍情况时,可以展示现场叠加的信息,帮助客户决定该房产是否适合他们。如果客户需要知道电源线在墙内的位置,或者哪里有水管以便安装额外的浴室,经纪人不必再需要去查阅以往的图纸规划,AR可以准确地显示管道和电缆的位置,甚至可以将视图分享给客户自己的AR设备。

在手术时,AR可以通知外科医生皮肤下器官和血管的位置,从而提高速度和安全性。实际上,Google Glass和HoloLens都已经在手术中进行了试用。同样,在工厂生产线上,工人们在将不同的产品放在一起时能够看到相应的指南,例如适合放置零件的位置、测试结果的即时反馈、电路板上问题组件的确切位置、制造过程中早期检测到的潜在问题警告等等。

事实上,随着稳定的AR硬件平台的不断推出,企业级AR的潜在应用几乎是无限的。虽然现有数据的简单叠加相对容易实现,并且也可带来益处,但最大的挑战很可能是开发真正创新的AR应用所需的软件,这将显著提高工作者的技能。

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