1、1增強現實技術增強現實技術研究進展及其應用研究進展及其應用2l概念l增強現實 VS 虛擬現實l增強現實系統lAR技術的發展與研究現狀lAR關鍵技術l應用實例主要內容主要內容3l增強現實（Augmented Reality，AR）是虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）的一個重要分支，也是近年來的研究熱點l將計算機生成的虛擬物體或其它信息疊加到真實場景中，從而實現對現實的“增強”l綜合了計算機圖形、光電成像、融合顯示、多傳感器、圖像處理、計算機視覺等多門學科一、概念一、概念4一、概念一、概念5lVR強調的是虛擬世界給人的沉浸感，強調人能以自然方式與虛擬世界中的對象進行交互操作lAR

2、則強調在真實場景中融入計算機生成的虛擬信息的能力，它并不隔斷觀察者與真實世界之間的聯系。lAR具有較低的硬件要求、更高的注冊精度、更具真實感二、增強現實二、增強現實 VS 虛擬現實虛擬現實虛擬現實場景 增強現實場景6l虛實結合l實時交互l三維注冊三、增強現實系統三、增強現實系統7l90年代以前，AR的概念還比較模糊；90年代是AR技術迅速發展的10年。比較有名的研究機構有：l美國麻省理工大學的圖像導航外科手術室l哥倫比亞大學的圖形和用戶交互實驗室l日本的混合現實實驗室l德國的Arvika組織l新加坡的混合現實實驗室l此外，用于快速開發的開源軟件工具ARToolkit也由華盛頓大學的圖形實驗室成

3、功開發并維護至今四、四、AR技術的發展與研究現狀技術的發展與研究現狀8l原有的研究領域拓展到多個新的領域，如城市規劃、娛樂教育、工業仿真、文化遺產保護等lAR系統由簡單的桌面式擴展到戶外可攜帶型、空間體驗型l顯示設備也從頭盔顯示器延伸到大型可觸摸式、桌面投射式和便攜式四、四、AR技術的發展與研究現狀技術的發展與研究現狀增強現實顯示器仍相當笨重，但開發人員相信他們可以開發出類似眼鏡的顯示器9l我國在AR領域的研究起步較晚，研究機構主要集中在高校的科研單位l北京理工大學l北京航空航天大學l國防大學l浙江大學l上海大學l從國內發表的論文來看，主要集中在系統應用和配準技術上，研究的問題比較單一、涉及面

4、比較窄l另外，從專利申請的情況看，全球共有108個，這之中我國僅有北京理工大學的一個（2008年數據）四、四、AR技術的發展與研究現狀技術的發展與研究現狀10l目前國內AR的研究成果主要有：l北京理工大學自主研制了視頻、光學穿透式兩類頭盔顯示器l北京理工大學利用AR技術重建圓明園的實驗也取得了重要進展l上海大學快速制造工程中心與浙江大學合作開發了AR場景光源的實時檢測和真實感繪制框架l此外，在城市規劃、地下管網、地理信息系統等領域也有相關的研究四、四、AR技術的發展與研究現狀技術的發展與研究現狀11四、四、AR技術的發展與研究現狀技術的發展與研究現狀 真實場景 增強現實場景視頻透視式頭盔顯示器

5、光學透視式頭盔顯示器12五、五、AR關鍵技術關鍵技術13l虛實物體配準l對真實場景圖像和計算機生成的虛擬物體進行無縫合成是實現AR的首先目標l其實質是將兩者“對齊”的過程，即：先根據真實物體確定虛擬物體與觀察者之間的關系，然后通過正確的投影將虛擬物體投影至觀察者的視域范圍l要求正確（無延時）、快速（精確、無抖動）、魯棒（不受光照、遮擋、物體運動的影響）五、五、AR關鍵技術關鍵技術14五、五、AR關鍵技術關鍵技術幾何配準方法幾何配準方法原理原理優點優點缺點缺點基于硬件跟蹤器的配準技術據信號發射源和感知器獲取的數據求出物體的相對空間位置和方向系統延遲小設備昂貴、對外部傳感器的校準比較難，且受設備和

6、移動空間的限制，系統安裝不方便基于視覺計算的配準技術根據一幅或幾幅真實場景圖像反求出觀察者的運動軌跡，從而確定虛擬信息“對齊”的位置和方向無需特殊硬件設備，配準精度高計算復雜性高，造成系統延遲大；大多數都用非線性迭代，造成誤差難控制、魯棒性不強的缺點兩者混合的配準技術根據硬件設備定位用戶的頭部運動位姿，同時借助視覺方法對配準結果進行誤差補償算法魯棒性強、定標精度高系統成本高、系統安裝繁瑣、移植困難15l顯示技術l在觀察者的眼睛和真實物體之間的光路上成像的技術l根據光路上成像位置的不同可以分為三類五、五、AR關鍵技術關鍵技術分類分類成像距離成像距離優點優點缺點缺點頭戴式顯示技術成像在離觀察者眼睛

7、大約4-10厘米處，觀察者頭部需要戴上顯示設備分辨率低、視域受限手持式顯示技術成像于離觀察者一個手臂遠的距離處理器性能低、存儲容量小、視域范圍小、攝像頭精度低空間顯示技術將顯示設備和人體分離，并在離人體較遠處成像支持高分辨率、寬視域、高亮型和高對比度的影像不可移動性、合成影像精度低16l真實感繪制技術l其目標是將真實場景和計算機生成的虛擬物體無縫合成，并最終使觀察者感覺不到真實物體和虛擬物體的區別五、五、AR關鍵技術關鍵技術17六、應用實例六、應用實例醫療醫療北卡羅萊納大學的AR輔助B超檢查和胸部活組織切片倫敦Guys醫院MAGI項目協助醫生從耳道中取出神經瘤卡內基梅隆大學的“魔眼”工程布朗大學的外科手術培訓系統18六、應用實例六、應用實例教育教育歐洲計算機工業研究中心的機械模型注解19六、應用實例六、應用實例工業工業SONY公司TransVision增強現實樣機系統參與者看到的圖像20六、應用實例六、應用實例商業商業微軟推增強現實技術新應用-記事帖日本新宿高島屋百貨公司內的數字化妝鏡21六、應用實例六、應用實例市政市政22六、應用實例六、應用實