增強現實Augmented Reality簡介

2021-04-13 00:54:02 字數 4082 閱讀 5663

或許我們可以想象乙個景象:有一天,我們走在路上逛街,眼睛的視線遠遠地看到對街轉角有一家牛排店,這個時候, 這家牛排店的所有選單與價目表,竟然出現在虛空之中,並且穿過穿流的車輛和人群浮現到我們的面前;在不管這個選單和價目表,繼續往前走,走沒幾歨之後,向 左前方一看,發現有一家電影院,當視線接觸到電影院的一剎那,道路上方、介於兩旁高樓大廈的空間當中,突然出現了一幕立體電影,電影中的蜘蛛人正沿著兩旁 真實的大樓立面不斷往上攀爬,並且射出一段蜘蛛網到對面高樓,瞬間由大樓頂端迴盪到我們的面前,嚇得我們趕緊縮身迴避、躲藏到一旁騎樓的柱子後面---- 畫面真實到無法逼視、真假難辨……..。

這就是在「擴增實境」的世界當中,很有可能出現的「真實」景象,而這樣的乙個景象,很有可能在未來的十年之內就會出現。

相對於「虛擬實境」(virtual reality, vr),「擴增實境」(augmented reality, ar)一詞對於大部分的人而言,或許還是乙個比較陌生的名詞。虛擬實境,顧名思義,是在計算機之中建構乙個完全的虛擬世界,它有可能是**真實的世界,也 有可能完全創造出乙個嶄新的世界,但是基本上它們並不與我們這乙個真實的世界相互重疊。要進入這乙個完全的計算機世界當中,可以透過戴上頭戴式顯示器,或 是進入融入式環場投影當中,便能擁有一種身歷其境的感覺。然而擴增實境,則不再與我們這乙個真實的世界分開了!它就活生生地出現在我們日常生活的四周,真 實的景物與虛擬的景物互動重疊,真假難辨。要進入這乙個世界,不需要再如虛擬實境一般固定在乙個空間範圍當中,我們可以行住坐臥一如以往。但是當一戴上一 種特殊的眼鏡(若以全像術投影,甚至可以不需要戴上眼鏡),便會將人工的訊號加進來,增加虛擬的景物進入視線,或是由我們的視線當中移除真實的景物。這將 會是真實與虛擬之間相互融合的一項巨大革命,然而,我們過去習以為常的世界也必定為之全面改變。

或許ar的世界聽起來仍然比較像是存在於電影之中的畫面,但是若追溯其發展的歷史,相關的研究其實早在2023年代便已經開始。最早的研究學者是當時在 哈佛大學及猶他大學任教的ivan sutherland,他與他在這兩所大學的學生共同開發出了第一套初期的ar系統。1970與80年代,美國空軍的阿姆斯特朗實驗室、航天總署艾密斯研 究中心,以及北卡羅來納大學教堂山分校,亦有部份人員從事ar的相關研究。然而直到2023年初期,波音公司的幾位科學家為了協助工人裝配管線裝置,才創 造出了「擴增實境」(augmented reality)這乙個名詞 [科學人,2002/6]。

在ar的系統中,最主要的配備元件包括了追蹤器、顯示器、繪圖計算機與相關軟體。

追蹤器早期採用的是機械式頭部追蹤器,構成方式是將一些機械式的連動裝置懸吊在天花板上,並依據頭部的轉動牽連機械裝置,來測量頭部運動的方向瑀所在位 置。之後研究人員不斷地改進,使用過超音波追蹤器、電磁波、光波、以及視訊式追蹤器,一直到最近,研究人員才開始採用了全球定位系統--gps。gps會 接收由導航衛星所傳來的無線電訊號,精確度較高的系統可以把誤差範圍縮小到一公尺之內。然而即使使用了gps系統,但是該系統卻仍然有它的盲點,例如在都 市之中許多高樓大廈遮蔽了天空,便會阻礙了衛星訊號的傳輸,除非是在較為空曠的場地上,情況才會改善;此外gps每秒更新的次數太少,準確度也還太差,使 得計算機畫面無法理想地覆蓋在周圍的環境之上。因此就哥倫比亞大學研究團隊而言,他們發展出了一種軟體,可以依據之前的資訊來短期**未來的動作,先將畫 面覆蓋到目標環境上去,藉以解決這個問題。[科學人,2002/6]。

ar 在硬體上另乙個重要的配備是顯示器。顯示器可能包含了桌面型顯示器、手持式顯示器、或是頭戴式顯示器;然而就實用性與擬真性而言,頭戴式顯示器(hmd) 將會是最主要的顯示方式。頭戴式顯示器通常左右眼前方各有乙個小螢幕,而這種小螢幕的形式有兩種,一種是光學式,一種是視訊式。

光學式顯示器的螢幕是一種半透明的鏡片,這種鏡片暨能反射光線也能讓光線穿透,稱為「分光鏡」或是「合併器」;這種鏡面最有名的運用例子是戰鬥機飛行員 的抬頭顯示器。光學式顯示器的使用者可以看到很清楚的真實環境影像,但是就現今發展的技術來看,虛擬的影像還沒有辦法完全覆蓋掉背景真實的景物,也就是 說,真實與虛擬的景物看起來像是以半透明的狀態相互重疊的,這種**的景象很難達到足以亂真的效果。此外,由於視覺上真實景物的焦點在遠處,而虛擬的景物 則在眼球近處的螢幕上,所以當兩者影像重疊時,**者很難將注意力同時兼顧遠近兩個地方,這亦會大大地降低期望**出來的真實感覺。

另外一種顯示器----視訊式顯示器,其螢幕則不是透明或不透明的鏡片,而是本身就是乙個電子視訊螢幕。它的原理是借由頭戴式攝影機實時捕捉真實的背景 環境影象,然後轉換為電子畫面,再將虛擬的3d物體畫面放進來,在想要替代掉真實背景的位置上乙個乙個和真實背景畫面進行畫素比對,最後替換掉真實背景、 合成乙個最終的影像。這種方式可以控制是由虛擬景物覆蓋掉真實景物,或是由真實景物覆蓋掉虛擬景物,亦或是可以使其呈現各自半透明的狀態。這種視訊式顯示 器的技術其實最早是應用在電視的特效上面。然而如同光學式顯示器一般,視訊式的顯示方式亦有其缺點。例如,由於真實背景環境景象是透過攝影機拍攝之後,再 透過顯示器放映到螢幕上,其真實的程度已經大打了折扣,遠不如人類眼睛直接**真實背景所感受到的品質。當然這和攝影機及顯示器的影像科技水準有關,然而 以現在的科技而言的確尚不足以達到完美的效果。

雖然ar的硬裝置著重在追蹤 器和顯示器,然而良好的整合軟體、使用者介面、以及其它附屬裝置的效能、體積、重量亦是非常重要。以哥倫比亞大學研究團隊所發展出來的佩帶式ar系統-- touring machine來說,其配備就包含了筆記型計算機(含3d繪圖晶元組與ieee802.11b規格的無線網路卡)、追蹤器(一台實時動態gps接收器、一 個gps校正接收器、以及混合式導向追蹤器的介面盒)、電源(幾個電池和乙個調節式電源**器),以及頭戴式顯示器與互動裝置的介面盒,總重量大約是11 公斤。此外,為了加強並輔助頭戴式顯示器,touring machine還配備了乙個手持式顯示器。如此一來,使用者便可以一面透過頭戴式顯示器**3d影像,同時又能夠從手持式顯示器得到其它的輔助資訊。[科 學人,2002/6]。

如同touring machine的名字所代表的意義--「導遊機」一般,哥倫比亞的團隊將它運用在校園觀光導覽上。透過頭戴式顯示器觀察校園,可以看到校園當中插著許多虛 擬的旗標,每乙個旗標都代表著該處位置有進一步的資訊。例如選則當中某個旗標時,可以看到關於哥倫比亞大學校地前任使用者--「布隆明達精神病院」的有關 資料,頭戴式顯示器能將該棟早已拆除的精神病院建築物立體模型,重新覆蓋在原來的地點上;同時手持式顯示器會出現關於精神病院歷史的互動式年表,使用者只 要點選年表上的某乙個年代,則該年代建築物的3d影像便會出現在頭戴式顯示器的畫面上,以淡出淡入的方式替換掉之前顯現的建築物影像。

隨著ar裝置的不斷改良,相信在不久的將來ar便將全面進入我們的生活當中。例如教育訓練、遊戲、醫療輔助、軍事、廣告、當然還有與我們所學相關的空間 設計等等。但是在我們興致勃勃地發展ar--擴增實境--的同時,另一方面出現在vr--虛擬實境--上的類似問題將會以更複雜、更棘手的情形出現在ar 之上。例如,由於真實物體與虛擬物體已經互相重疊,到最後人類的記憶是否可以跳脫這個虛擬影像,告訴自己那不是真的,將會是乙個心裡層面的問題。如果乙個 孩童因為玩ar遊戲,與乙隻怪獸在自家的地下室大戰,雖然地下室是真的,怪獸是假的,但是在他清晰的記憶裡,怪獸或許已經代表居住在家中的地下室了。又例 如乙個人走在充滿ar廣告影像的街道上,舉目所見、充耳所聞(有可能搭配集束式立體音波,只讓某個人聽到3d立體聲音,其它人則聽不見)都是ar的資訊, 它雖然不佔空間,但是眼花潦亂、接應不遐、真假難分,人類對於真實與虛擬景物大量並存的環境可以有多高的容忍程度、多大的判斷能力、以及多快回到「現實」 的適應能力,都會是一堆急需**的問題--然而這還只是「擴增實境」在剛起步階段所可以預期的部分問題。

當我們駐足在這個科技正以無法想象的驚人速度「更新」我們這個世界的當下,仔細思考一下,想象一下,未來在我們尚在人間的數十年裡,世界會變成什麼樣 子?這是乙個全面性的問題,但是其實也或許只是乙個簡單而有趣的問題。當一切物種的基因已經被解碼(人類可以被複製、不可再生的器官可被修補、稻穀可以種 在喜馬拉雅山上,而且不用水就能活…),奈米科技大量被運用(可以在微血管中自由工作的機械人、汽車或建築物的外觀永遠不會沾染灰塵、乙個原子就是一台計 算機…),人類不但已經具備了上帝的造物技術,而且連形象上都與上帝越來越像----理論上未來人類的肉身可以不死(除非遇到毀滅性的災難,否則可以不斷 修補)。所以當事物永遠不會壞、人類永遠不會死,一切變得永恆,那麼相對的,「時間」的意義將會是什麼?將會再有那麼重要嗎?(雖然就現在物理學的理論而 言,時間其實過去、現在、與未來本來就是同時存在的,過去並未過去,未來早就到來);同樣的道理對等來看,ar的科技發展到極限的時候,何者為真實的存 在?何者為虛幻的存在?「存在」將要如何定義?「空間」又將要如何定義?空間的定義將是要以視覺為準?聽覺為準?觸覺為準?或是以「記憶」為準?

AR增強現實 Augmented Reality

增強現實 augmented reality,簡稱 ar 是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度並加上相應影象的技術,這種技術的目標是在螢幕上把虛擬世界套在現實世界並進行互動。這種技術最早於1990年提出。隨著隨身電子產品運算能力的提公升,增強現實的用途越來越廣。ar系統具有三個突出的特點 真實世界...

AR增強現實 Augmented Reality

增強現實 augmented reality,簡稱 ar 是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度並加上相應影象的技術,這種技術的目標是在螢幕上把虛擬世界套在現實世界並進行互動。這種技術最早於1990年提出。隨著隨身電子產品運算能力的提公升,增強現實的用途越來越廣。ar系統具有三個突出的特點 真實世界...

AR 增強現實技術

前言 在vr技術引發大眾熱議的當下,有一種產生已久的技術已然悄悄進入我們的生活。很多人或許聽說過這個名字,也親身體驗過這項技術的神奇,卻對其原理知之甚少!下面先讓我們看幾組 看到這裡想必大家已經猜到了,就是增強現實技術。現如今,ar技術可以說是已經成為了我們生活的一部分。qq中的ar掃瞄技術,掃瞄特...