自遠(yuǎn)古時代起，人類就常?；孟肽軣o中生有，或者自由穿梭于時空，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)在感官層面給了人們這種能力和自由。盡管AR和虛擬現(xiàn)實(shí)VR概念已經(jīng)出現(xiàn)了幾十年，然而AR/VR大量出現(xiàn)在科技媒體上吸引各方的關(guān)注也就是近年來的事情。
雖然AR/VR同時受到了多方的關(guān)注，但從技術(shù)角度和應(yīng)用前景來看，AR和VR還是大有差別的。相較于VR，AR中的R（Reality）是更加真實(shí)的R，而凡是能對R有附加額外信息的都算A（Augmented）。也就是說，AR里面的信息是疊加到真實(shí)的場景里，而不是虛擬的場景（VR）里的。
簡言之，VR是趨近現(xiàn)實(shí)；AR是超越現(xiàn)實(shí)。超越現(xiàn)實(shí)的AR是否真的具有超越現(xiàn)實(shí)的力量？又將對真實(shí)的世界帶來什么影響？
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是兩種不同的技術(shù)，有著顯著區(qū)別，但卻常常被相提并論。AR提供跟周圍環(huán)境和場景有著實(shí)時聯(lián)系的文本、符號或圖形信息；VR則完全替換了我們的視覺世界。
更詳細(xì)一點(diǎn)來看，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能夠把含有字母、數(shù)字、符號或圖形的信息疊加或融合到人們看到的真實(shí)世界中。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)世界中，“網(wǎng)絡(luò)”就是人們所處的空間。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能夠提供人們無法從現(xiàn)實(shí)世界獲得的更深層次的信息，這些信息可以使世界變得更加豐富多彩。
一條陌生的街道，在正常人的眼中只是一條街道，但從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的角度看，它會覆蓋上一層不同的“信息外衣”或所謂的“長尾”。人們能夠知道這條街的名字是什么，有什么樣的商店，以及哪些商店是最好的。讀一本書可能變?yōu)橐环N三維的體驗，圖片可能會浮現(xiàn)在文字上，而超鏈接也可能帶有動畫效果，讀者能夠通過眼部的運(yùn)動翻動書頁，而且，沒有必要再去限制頁面的尺寸。
人們可以了解他們想知道的一切。目前，一些AR產(chǎn)品已經(jīng)具備了這些功能。隨著技術(shù)的發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)還可以發(fā)展得更加先進(jìn)，使得交互從精確的位置擴(kuò)展到整個實(shí)時環(huán)境，從簡單的人與屏幕之間的交流，到將人融入到周圍的環(huán)境中去。
雖然增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這個概念是一個科技感十足的現(xiàn)代產(chǎn)物，但早在20世紀(jì)90年代，波音公司的科學(xué)家湯姆·考德爾（Tom Caudell）就創(chuàng)造了它。
而使現(xiàn)代增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備成為可能的第一項技術(shù)可以追溯到20世紀(jì)初，當(dāng)時，愛爾蘭的望遠(yuǎn)鏡制造者霍華德·格拉布爵士（Sir Howard Grubb）申請了一項專利。他發(fā)明了一項命名為“一個用于大小型武器上的新準(zhǔn)直式瞄準(zhǔn)鏡”，描述了一個用于幫助瞄準(zhǔn)射擊武器的裝置。
1901年，格拉布在皇家都柏林協(xié)會科學(xué)研討交流會上就這項發(fā)明給出了描述：“可以想象一個探照燈式的光束，沿著槍的軸線方向投射，并調(diào)整到與火線一致，光束所落在的地方，就是擊中的目標(biāo)。這顯然是不可行的，但這正說明了光束是達(dá)到我們目的的必要條件?！薄?strong>瞄準(zhǔn)器就是本論文的主題，它投射的不是一個實(shí)際的光或圖像，而是投射光學(xué)界所稱的虛擬圖像到物體上，獲得與實(shí)際光所得到的相似的結(jié)果。”
這項發(fā)明解決了人眼在某一時刻只能聚焦于同一景深的基本挑戰(zhàn)。只能專注于近距離的物體，或是專注于遠(yuǎn)距離的物體。人眼的結(jié)構(gòu)使得它不可能同時聚焦在兩個物體上。使用僅配備了機(jī)械瞄準(zhǔn)器的步槍或手槍進(jìn)行瞄準(zhǔn)就特別具有挑戰(zhàn)性。至今，這仍是需要定期練習(xí)才能掌握的技能。
根據(jù)Ronald Azuma在1997年的總結(jié)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一般具有三個主要特征：虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時交互和三維配準(zhǔn)（又稱注冊、匹配或?qū)?zhǔn)）。如今，整整二十多年過去了，AR已經(jīng)有了長足的發(fā)展，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重心和難點(diǎn)也在隨之變化，但是這三個要素依然還是AR系統(tǒng)中不可或缺的。
可以說，AR就是從真實(shí)世界出發(fā)，經(jīng)過數(shù)字成像，然后系統(tǒng)通過影像數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)一起對三維世界進(jìn)行感知理解，同時得到對三維交互的理解。三維交互理解的目的是告知系統(tǒng)要“增強(qiáng)”的內(nèi)容。
幾十年來，人們一直依靠鼠標(biāo)和鍵盤來操作計算機(jī)并與之交互，現(xiàn)在，在虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的支持下，這些工具或許很快就將被取代。人機(jī)交互將逐漸發(fā)展為逼真還原現(xiàn)實(shí)場景，如同說話和眨眼一樣輕松簡單。由于AR具有擴(kuò)大現(xiàn)實(shí)世界的優(yōu)勢，所以在醫(yī)學(xué)、精密儀器維護(hù)、軍事和工程等領(lǐng)域都能夠應(yīng)用。
就目前而言，顯然，AR導(dǎo)航是人們最為熟悉的AR應(yīng)用。傳統(tǒng)的手機(jī)導(dǎo)航方式很好，但缺乏互動性，對于處在陌生地方的人來說，有時無法確定這是否是地圖上顯示的正確位置。將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)航，可以很好地解決這些問題。諾基亞城市萬花筒這個軟件可以很好地描述這一點(diǎn)。
2019年2月 Google推出了“Google 地圖 AR導(dǎo)航 APP”測試下載，就是通過AR功能在實(shí)際道路上顯示導(dǎo)航標(biāo)志的技術(shù)。Google 地圖 AR 程序使用智能型手機(jī)的相機(jī)鏡頭，讓畫面同時出現(xiàn)實(shí)際道路與地圖來進(jìn)行導(dǎo)航。它會在實(shí)際建筑物、道路畫面上標(biāo)示箭頭，比原本的地圖更能準(zhǔn)確地讓人找到路，毫無困難地到達(dá)第一次要去的地方。
并且，屏幕上的標(biāo)簽顯示這些建筑物的確切位置和它們的大致距離。當(dāng)人們點(diǎn)擊其中一個標(biāo)簽，它就會顯示出詳細(xì)信息，比如餐廳的名字，它的特色食物和人們的評價。如果目的地離人們所處的位置有點(diǎn)遠(yuǎn)，該軟件可以提供路線規(guī)劃導(dǎo)航和到達(dá)目的地的交通方式。
另外，當(dāng)前，人們參觀博物館的時候，雖然可以看到很多文物，但有些文物是不完整的，如果游客很多，更是很難看到文物的解釋內(nèi)容，一些戶外的歷史遺跡也已經(jīng)沒有了全貌。AR可以帶來全新的體驗，通過對殘缺的文物進(jìn)行重建，可以讓游客一睹其原來的面貌。
此外，AR游戲還可以改善玩家與真實(shí)環(huán)境的互動體驗。手機(jī)游戲Ingress就是AR游戲中最好的例子。這個游戲有一個簡單的科幻背景，玩家首先需要從兩個陣營中選擇一個，然后玩家需要在地圖上找到并收集物品，物品可以被視為經(jīng)驗，然后找到Portal，進(jìn)行攻擊或防御。游戲中的地圖基于谷歌地圖，所以物品和Portal的位置都是真實(shí)的，可以是博物館或特定的建筑。玩家需要到現(xiàn)實(shí)世界中的那個地方去收集物品并來到Portal附近。
就未來的AR應(yīng)用來看，在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)生可以通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)更好地學(xué)習(xí)人體和做手術(shù)，因為學(xué)生需要觀察真實(shí)的人體，外科醫(yī)生需要在現(xiàn)實(shí)生活中進(jìn)行手術(shù)。這種情況下，AR可以起到輔助作用，例如它可以表明人體的哪個部位應(yīng)該用手術(shù)刀做切口，或者哪個部位有腫瘤。這種輔助可以幫助外科醫(yī)生更準(zhǔn)確地進(jìn)行手術(shù)，提高手術(shù)的成功率。
在軍事領(lǐng)域，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以幫助部隊實(shí)時獲取位置信息，以及陌生戰(zhàn)場的地理數(shù)據(jù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)還可以提供基本的導(dǎo)航和飛機(jī)信息，以及軍用飛機(jī)的目標(biāo)位置。
在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的幫助下，不久的將來，我們或?qū)⒚媾R一系列可能性，在教育或職場培訓(xùn)中，可以借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)幫助我們學(xué)習(xí)新技能；當(dāng)?shù)丶夹g(shù)人員可佩戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，在專家的遠(yuǎn)程幫助下，完成他們無法獨(dú)立勝任的工作。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的興起是由近年來軟硬件的快速發(fā)展決定的，是科技人員幾十年努力推動的成果。在AR技術(shù)的應(yīng)用中，也充滿了各種挑戰(zhàn)和機(jī)會。
2012年，由谷歌首次推出谷歌眼鏡，谷歌眼鏡也被視為世界上第一款真正的AR硬件設(shè)備。谷歌眼鏡的目標(biāo)是向消費(fèi)者提供無處不在的計算能力，它具有智能手機(jī)的一些功能，比如拍照、視頻聊天、發(fā)消息、上網(wǎng)和路線導(dǎo)航。然而， 谷歌眼鏡卻以失敗告終。在2015年1月，谷歌宣布停止谷歌眼鏡的探索者版。
究其原因，谷歌眼鏡上一些核心應(yīng)用程序的工作方式與手機(jī)并無差別。沒有任何應(yīng)用程序能激勵用戶在谷歌眼鏡上使用它。谷歌眼鏡像極了戴在頭上的手機(jī)，卻并不具有太大增強(qiáng)顯示的驚喜效果。除非有一個或幾個現(xiàn)象級應(yīng)用讓用戶想要繼續(xù)佩戴谷歌眼鏡，否則它就會成為一種不必要的產(chǎn)品。除此之外，彼時，谷歌眼鏡的市場定位也尚不明朗。
如今，盡管AR技術(shù)已經(jīng)得到了充分的發(fā)展，但依然面臨許多挑戰(zhàn)。第一個挑戰(zhàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)相同。為了讓用戶完全沉浸其中，最好的情況是實(shí)時獲得圖像，但是會遇到不同的問題。延遲是一直會有的問題，因為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對實(shí)時同步有很高的要求。隨著用戶在現(xiàn)實(shí)世界中移動，虛擬信息應(yīng)該盡可能快地被覆蓋，這樣用戶才能得到正確的信息。最小化的延遲將增強(qiáng)用戶的沉浸感。
第二個挑戰(zhàn)是計算能力。不同于只需要處理虛擬信號的虛擬現(xiàn)實(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)需要分析真實(shí)世界的環(huán)境，同時管理虛擬信號。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中有大量的數(shù)據(jù)，因此需要有強(qiáng)大的硬件。它的硬件是一個頭戴式裝置，所以應(yīng)該設(shè)計成又小又輕的。電源應(yīng)該盡可能的低，否則電池的壽命和熱量會讓用戶感到困惑。
根據(jù)摩爾定律，小而強(qiáng)大的硬件才不會在未來成為問題。捕獲和跟蹤系統(tǒng)需要工作的準(zhǔn)確性，這樣才能給用戶提供正確的信息，軟件也應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化，過濾信息，從而刪除無用的數(shù)據(jù)，保留有用的數(shù)據(jù)。
另一個需要解決的挑戰(zhàn)是上行帶寬。為了在現(xiàn)實(shí)世界中顯示虛擬信息，AR設(shè)備需要將現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)發(fā)送到附近的服務(wù)器，而附近的服務(wù)器會將信息再返回給AR設(shè)備。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)導(dǎo)致它對上行帶寬有較高的要求，而目前的無線互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具有較大的下行帶寬。
最后，正如谷歌眼鏡一般，十分令人擔(dān)憂的，還有AR設(shè)備的隱私問題。AR設(shè)備非常有吸引力，很多人想使用它們，但隱私問題仍然需要考慮。就拿谷歌眼鏡來說，它上面的攝像頭可以在不被注意的情況下拍攝照片或視頻，這意味著用戶可以在電影院錄屏。
當(dāng)走在街上時，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可能會通過在Facebook上的點(diǎn)贊來找到用戶的姓名、年齡等信息。雖然這些行為看起來很時髦，但實(shí)際上它們侵犯了隱私，這就是為什么在谷歌眼鏡推出后，一些公司在一些特殊的場合禁止員工佩戴谷歌眼鏡的原因。
虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在顛覆我們對身邊世界的體驗、理解及與世界的互動方式，更打開了通往其他世界的窗口。由此可能會誕生更多社區(qū)，催生更多合作，便于人們更高效地開展協(xié)作，培養(yǎng)技能，嘗試新想法。當(dāng)然，這些技術(shù)也可能改變我們看待世界的視角，影響我們的行為，因此，在朝著技術(shù)狂奔而去的同時，我們還需要批判地使用技術(shù)。
來源：觀察未來科技
