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增强现实:超越游戏,打造现实世界的解决方案

关键词:增强现实 AR

时间:2021-08-18 09:46:16      来源:贸泽电子

增强现实,有时称为混合现实,是一种将现实世界的对象或环境与声音、视频、图形或GPS数据的感官输入设备生成的虚拟元素相结合的技术。与利用虚拟世界完全替代现实世界的虚拟现实不同,AR是实时运行的,并与环境中的对象交互,从而将虚拟内容与现实世界叠加起来。

作者:Peter

在街头问陌生人什么是虚拟现实 (VR) 或其工作原理,大多数人都会对这项技术有一些既有看法,甚至将其等同于电视连续剧《星际迷航:下一代》中全息甲板 (Holodeck) 上的最终VR实现。但是,再问他/她什么是增强现实 (AR),可能很难获得答案。也许会有人谈及这项技术中游戏的应用,或者早期以失败告终的Google Glass雏形。

尽管AR的概念由来已久,但直到Pokémon Go横空出世,它才获得世人的关注。Pokémon Go是一款视频游戏,将智能手机图像与现实世界的寻宝游戏相结合,让游戏玩家同时体验真实和虚拟世界。但是,AR到底是什么? 作为新兴技术,其能否在游戏和娱乐之外,具有解决现实世界问题的潜力? 本文将探讨多个跨行业增强现实试点计划和应用,包括医疗保健、执法、教育、物流、建筑等。正如诸位将看到的,增强现实正在转变为一个跨行业的实际应用平台,这项技术可以从今天的简单试点项目发展成为人们日常生活中不可或缺的助手。

什么是增强现实?

增强现实,有时称为混合现实,是一种将现实世界的对象或环境与声音、视频、图形或GPS数据的感官输入设备生成的虚拟元素相结合的技术。与利用虚拟世界完全替代现实世界的虚拟现实不同,AR是实时运行的,并与环境中的对象交互,从而将虚拟内容与现实世界叠加起来。

在游戏中普及的同时,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。试想一下,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,将是一件多么奇妙的事情!

支持增强现实的设备通常是专用的头戴式显示器 (HMD) 或平视显示器 (HUD),类似护具(例如,Microsoft的HoloLens)、头盔或眼镜,以及手持设备(例如,智能手机或平板电脑)。诸如Intel的Recon Jet™ Pro智能研究,将智能手机功能集成到轻巧的眼镜中,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,还能实现远程沟通。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。有了这些进步,AR用户将不再受困于笨重的头盔或眼镜。

下一代医疗保健技术

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,医疗技术的发展不仅可以降低医院、医疗服务提供者和保险公司的成本,还能提供更好、创伤更小的治疗方法。在这里,增强现实技术被当作一种预防措施,让医疗保健专业人员能以非传统方式接收数据。

医疗保健巨头Cigna今年刚推出了一个名为BioBall的项目。该项目使用Microsoft 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。患者手持一个轻质的中号球,在一分钟时间内捕捉屏幕上闪过的画面。BioBall以此感知玩家的脉搏,并利用响应光线将游戏与玩家的心跳联系起来。游戏结束后,患者就可以通过耳机收听到自己的健康数据,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。

在马里兰大学Augmentarium虚拟和增强现实实验室正在医疗保健方面,利用AR改善超声波的工作方式(图1)。马里兰大学健康信息学和生物成像中心 (CHIB) 副主任Barbara Brawn-Cinani表示,借助Microsoft HoloLens和专用软件,佩戴AR设备的医生可以直接看到患者和超声成像,而不再需要通过一旁的屏幕进行观察。


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

而超声波只是AR的开始。Brawn-Cinani说道,“现在只是在外科手术应用上摸索,我们正在计划为其他成像方式使用类似的界面,并进行现场测试,以确定这种工具的实际效果。”

其他公司正在开发新的平台,将AR用于更复杂的手术。例如,Scopis正在开发一种工具,增强外科医生在进行脊柱手术时的视野。

新瓶装旧酒

与此同时,AR正在开辟新的教育方法,激发孩子们的学习兴趣,或者在某些情况下,帮助那些学习困难的学生赶超其他学生。芬兰赫尔辛基大学的AR项目通过帮助孩子们与气体、重力、声波和飞机风力等物理学中的分子运动进行虚拟互动,激发成绩较差孩子学习科学的潜力。他们发现,对于这些成绩欠佳的孩子而言,AR以帮助他们缩小与其他学生之间的差距, 同时还有助于提高绩优生的学习水平。

AR还通过“新瓶装旧酒”,创造新的学习类型。例如,赫尔辛基大学表示,在学习中运用AR变得更有吸引力,Pokémon Go游戏已证实了这一点。同样,使用新技术来讲解旧世界也是Shifu的Orboot交互式STEM设备背后的初衷(图2)。Orboot是增强现实教育地球仪,可与平板电脑或智能手机配合使用,让儿童通过与3-D内容进行互动,了解历史、动物、纪念碑、语言、艺术、天气和文化。


图2:一个孩子使用Orboot了解该国特定地区的不同天气模式 (图源:Shifu)

这些信息通过AR生成的三维模型、配音和音乐提供更身临其境的学习体验。Shifu表示,我们的目标是促进主动学习和增强记忆,这仅靠视频内容是不可能实现的。

新型会议室

基于投影的AR正在成为一种在现实世界中投射虚拟元素的新方法,笨重的头盔或眼镜将逐渐退出历史舞台。因此,这类AR逐渐成为了家庭或办公室使用的流行选择。初创公司Lampix和Lightform正在开发基于投影的AR,用于会议室、零售展示、酒店、数字标牌等。

Lightform的设备可以连接到任何投影仪,类似于Go Pro,且可以即时生成增强现实元素(图3)。这可能有助于在办公室中多个小组一起工作、在工作室中为艺术家创建新元素,或者在零售标牌应用程序中展示新产品。


图3:该设备可以连接到任何投影仪,为零售、家庭或办公室创建AR元素(图源:Lightform)

“我们认为这种技术的流入点是5分钟”,Lightform设计总监Phil Reyneri说, “如果要长时间待在办公室,可以戴上AR或VR耳机。但是,如果是一种快速的体验,例如,走进商店或购物中心,那将是一种轻松无比的体验。另外,由于每个人无需佩戴昂贵的头戴式显示器,因此,可以让很多人同时体验增强现实。”

Lampix已开发出一种灯具,采用投影模块、视觉模块和计算机,将增强现实投影到活动的表面上。Lampix CTO和联合创始人Mihai Dumitrescu说,因为不需要头戴式显示器或眼镜,这种灯型设备可以放在会议室里,实现现场和场外协同工作。

“AR必须无缝集成到日常生活中才有意义。结合了AR的应用程序可谓充满无尽的潜力,将改善我们的日常活动”,Dumitrescu说道。“重点不应该放在技术本身,而应该更多地放在体验上。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。”

从发现微小的DNA到浩瀚的太空

世界范围内的公司和智库正在从事着有意义的工作。事实上,AR几乎正在进入每个行业和市场,至少在试点阶段。例如,在德国,FleetBoard正在开发一款跟踪卡车司机物流的应用程序,以帮助他们在出发前进行一系列的检查。FleetBoard Vehicle Lens应用程序(图4)使用智能手机和软件提供实时图像识别,以识别卡车的车牌。之后,将相关信息叠加在增强现实中,从而加快出发前的准备工作。


图4:FleetBoard Vehicle Lens应用程序是一个试点项目,可跟踪卡车的车牌,并将信息叠加在增强现实中 (图源:FleetBoard)

FleetBoard还与Microsoft的HoloLens相结合,创建了一种管理卡车车队的新方法。在抽象的路线图上,路面通过增强现实技术变得栩栩如生,车队经理能够在三维环境中监控车辆,以防止事故和延误,并警告驾驶员前方道路上可能存在的问题。

去年冬天,荷兰代尔夫特理工大学开始与急救队合作,将AR作为犯罪现场调查的工具。手持式AR系统允许现场调查人员与远程法医小组合作,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。这在寻找DNA痕迹、保存证据和从外部来源获得医疗帮助方面极有帮助。

桑迪亚国家实验室正在将增强现实作为一种工具,对保护核武器或核材料等易受攻击地区的用户进行安全培训。物理安全培训有助于引导用户通过现实世界中的实例(如盗窃或破坏)演练,在事件发生时提前做好充分准备。使用独立的AR耳机可以远程进行培训,且费用低廉。

在芬兰,VTT技术研究中心最近为欧洲航天局 (ESA) 开发了增强现实工具,供宇航员对太空中的设备进行实时监测。由于这些任务必须准时、无误地执行,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。该工具通过使空间站上的设备和其他系统的遥测数据(例如,诊断和最新维护数据、生命周期、辐射、压力或温度)的可视化,从而可以使不可见的元素有迹可循,无论在太空还是地面,所有资讯一览无余地显示在AR眼镜上。

在美国,Daqri International将计算机视觉用于工业AR,以在机器上或仓库中工作时实现数据可视化。Daqri的眼镜和头戴式显示器在视野中显示项目数据、需要完成的任务以及机器的潜在问题,甚至可以显示需要放置或修理物体的位置。使用AR可以提高工业工作场所的安全性和效率,同时使维修、维护和库存管理更加容易。


图5:工人以视觉元素的形式,在Daqri的AR头戴式显示器或眼镜中查看需要完成的任务 (图源:Daqri)

结论

增强现实将现实世界的对象或环境与声音、视频、图形或GPS数据的感官输入设备生成的虚拟元素相结合的技术。AR是实时运行的,并与环境中的对象交互,从而将虚拟内容与现实世界叠加起来。尽管Pokémon Go一如既往地受到游戏玩家的欢迎,但世界各地的公司不断展示出使用增强现实解决现实问题和需求的潜力。执法、教育、物流、建筑等行业正在进行原型设计和利用AR技术,并取得了不错的结果,例如,更有效和高效的培训、监控和协作。至于AR的未来如何? 随着增强现实技术的不断发展,在现实中的广泛应用指日可待。

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