巨頭們都關注的AR關鍵技術有哪些？它們目前的發展狀況又是如何呢？
最近又有爆料稱，蘋果要在明年釋出iPhone 8的時候推出支援AR技術的裝置。雖然蘋果對于AR的關注度一直很高，但是現在并沒有明确的證據表明蘋果正在研發AR硬體裝置，很多消息都是科技圈内爆料大神們各種捕風捉影的猜測。
除了蘋果之外，國内外很多巨頭都非常關注AR的發展。此前易觀智庫釋出的《中國AR行業應用專題研究報告》中顯示，這些巨頭正在基于自身的業務生态，以實驗室或者收購的形式搶先布局AR的底層技術。那麼AR關鍵技術有哪些？它們目前的發展狀況又是如何呢？
系統顯示技術
AR的簡單定義就是将計算機生成的虛拟數字資訊疊加到現實的生活場景中。這個“疊加”是需要通過顯示裝置作為中介來實作。AR的顯示技術包括三種類型：頭戴式顯示、手持顯示以及投影顯示技術。
目前最常見的就是手持顯示技術，它的載體包括移智能手機、平闆電腦等移動裝置。此前火爆全球的AR遊戲《Pokemon Go》就是借助手機的顯示屏在現實生活中捉小精靈,這些移動裝置的螢幕充當的就是一個視窗或者放大器的作用，用來顯示那些模拟的數字資訊。
頭戴式顯示是國内外衆多AR硬體廠商研究關注的重點，按照工作原理可以分為光學透視式和視訊透視式兩種。光學透視技術是通過安裝在裝置眼前的光學透鏡來呈現出真實和虛拟世界。首先計算機生成的虛拟資訊經過光學系統放大後反射後進入視野，透過透鏡又能直接看到現實場景，兩部分的資訊彙聚到人眼的視網膜上實作AR的效果。微軟的Hololens就是屬于光學透視式的頭戴顯示器。這種顯示技術的優點就在于結構簡單，真實感和安全性更高，但是易受光線外部光線的幹擾。
視訊透視技術是借助安裝在頭顯上的攝像頭來捕捉擷取外部真實環境，計算機将數字模拟資訊疊加到錄影機的視訊信号上，再将真實場景和虛拟場景進行融合。相比較光學透視技術，它的視角場更大，而且不受外界的強光幹擾。不過一旦錄影機與使用者的視點不能保持完全重合，會産生一些偏差。
投影式顯示是将生成的虛拟對象資訊直接投影到需要融合的真實場景中。它可以不借助任何硬體裝置，直接用肉眼看到被投射出在現實環境下的虛拟場景。但是投影裝置體積龐大，比較容易受到光照變化影響，這塊目前的實際應用比較少。
現在還有一種光場顯示技術，以Magic Leap的光場技術為例，它不需要任何螢幕為載體，通過記錄并複現光場就能完成虛拟物體的顯示。通過呈現不同深度的圖像，使使用者在觀察近景或遠景時，可以實作主動的對焦。
對比這三種顯示技術，手持式顯示技術的載體是最為常見的，是以在面向C端使用者的AR電商、遊戲上應用廣泛。而頭戴式顯示在TOC端的工業應用上潛力巨大，比如宇航制造業，通過使用這種裝置來提高生産工作的效率。
三維注冊技術
在實際的AR體驗中，因為人的觀察視線會不斷地變化，AR系統需要實時的根據使用者的視場重建立立位置坐标系，進行追蹤。而三維注冊技術就是實時地跟蹤使用者頭部的位置和視線方向，根據這些資訊來确定虛拟物體在真實空間坐标中的位置，并将它實時地顯示在顯示器中的正确位置。它具體包含了跟蹤技術、标定技術和比對技術。
三維注冊技術又可以分為基于硬體裝置和計算機視覺兩種。
基于硬體裝置的追蹤技術主要是通過硬體傳感器跟蹤技術來實作，主要包括慣性導航系統、全球定位系統(GPS)、電磁、光學或超音波位置跟蹤器等。谷歌的Project Tango就是通過手機的傳感器來進行運動追蹤。雖然它無需通過計算機複雜的算法來擷取位置資訊，速度比較快，但是相應的注冊精度不是很高，比如GPS定位很容易受到複雜地形位置的幹擾，而慣性定位追蹤的偏差度會随時間增長不斷增大。
基于計算機視覺的注冊技術主要是指利用計算機視覺擷取真實場景的資訊後，經過圖像處理方面的知識來識别和跟蹤定位真實場景。細分可以劃為基于傳統标志的注冊算法和基于自然特征點無标志注冊算法。基于計算機視覺的注冊技術的精度較高，但是對計算量非常大，而且算法複雜，對系統的要求非常高。
為了取長補短，得到更加精确的注冊結果，現在有結合兩種技術的混合注冊方法。通常是先由跟蹤傳感器大概估計位置姿态，再通過視覺法進一步精确調整定位。一般采用的複合法有視覺與電磁跟蹤結合、視覺與慣導跟蹤結合、視覺與GPS跟蹤結合等。
人機互動技術
因為AR是将虛拟的數字資訊疊加在現實環境中，是以非常注重使用者在真實環境中和虛拟物體的自然互動。這就需要有針對性的設計用來互動的“工具”，保證能夠執行使用者對虛拟物體發出的各種指令。
AR的互動方式現在有通過外界的硬體裝置來實作，如滑鼠鍵盤，資料手套等等。還有一種更自然的互動方式，就是通過基于計算機視覺的手勢識别，以及語音識别等等。它們不需要借助其他硬體載體，就可以直接和虛拟物體進行互動，而這種人機互動依賴于以深度學習算法為基礎的
人工智能的發展。現在的AR硬體裝置大多都可以實作簡單的語音和手勢動作的識别互動，但是涉及到一些複雜的指令的時候，可能會無法進行及時的指令回報。
上面提到的三大塊隻是AR技術的主幹支，在每一個主幹下面都能衍生出其他分支技術。随着技術的不斷深入發展，未來的AR會和真實世界完全融合。就像《黑鏡》第三季的《遊戲測試》故事那樣，人們或許會逐漸無法分辨何為現實何為虛拟。
原文釋出時間：2016-11-15 19:55
本文作者：巫盼
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