AR技术原理是什么？剖析增强现实技术难点

近两个月来，AR热潮已经逐渐退去，很多认清“事实真相“的消费者和投资人认为AR只是个噱头。但我们始终相信，真正的AR给我们带来的不只是Pokémon、AR卡片所展示的三维动画，以Meta、HoloLens、lumus、Google Glass等主流智能眼镜为代表的AR设备具有更丰富的功能体验和视觉效果。但受制于软硬件技术，AR的发展还处于瓶颈期，市场并未真正打开。那么想要实现真正的AR，到底有哪些技术需要攻克呢?

【交互技术】

对于传统手机、电脑等智能设备，我们通过手指触控的方式来进行信息输入。但AR眼镜则不同，它几乎没有物理操作按钮，因此想要得到更好的增强现实体验，交互是首先得解决的问题。现在的方案有手势操控、语音识别、体感操控等。

手势操控：微软HoloLens是利用手势进行交互的、最有特点的AR硬件。戴上HoloLens眼镜后，可通过手指在空中点选、拖动、拉伸来控制虚拟物体、功能菜单界面。比如利用Air tap 手势打开全息图，利用Bloom 手势打开开始菜单。

语音操控：手势操控固然解放了双手，但是它有着致命的缺陷，那就是频繁的抬手会造成手臂酸软。笔者在利用Leap Motion体验小游戏时，发现这种问题尤甚。而语音操控便是更好的人机交互方案。现在微软Cortana、Google Now、苹果Siri、亚马逊Echo都是优秀的语音识别助手，但是他们的识别率还是不高，只能作为辅助操作工具，智能程度也远远达不到AR交互需求。

体感操控：假设有一天全息通话成为了现实，那么除了语音、视觉交流之外，你是否可以和远程的朋友进行体感交流(比如握手)?想要获得更加完美的增强现实体验，体感外设显然是非常重要的一环。现在，已经有不少厂商推出了体感手套、体感枪等外设。只是这些设备功能还很单薄，还有着极大的改进空间。

【镜片成像技术】

无论是增强现实还是虚拟现实，FOV 都是影响使用体验的最重要因素之一。现在的AR眼镜的可视广角普遍不高，HoloLens有30°，Meta One只有23°，而公众最为熟悉的Google Glass视角仅有12°。这是由于镜片成像技术和光学模组不成熟造成的，现在还没有太好的解决方案，但太窄的视角显然让增强现实效果大打折扣。

而除了FOV，AR在成像方面，还存在着以下的问题需要解决：

首先软件方面，底层算法(输入、输出算法)还需要加强。这需要精确的图像识别技术来判断物体所处的位置以及3D坐标等信息。不同于其他3D定位，增强现实领域的物体位置，必须结合观测者的相对位置、三维立体坐标等信息进行定位，难度要高很多。而如何利用叠加呈像算法，将相关信息叠加显示在视网膜上也是个技术难点。

而在硬件方面，光学镜片还是存在着色散和图形畸变的问题。智能眼镜成像时，视场周边会出现红绿蓝色变，这就是棱镜反射光线时常见的色散现象，可以通过软件进行色彩补偿或者通过多材料镜片来消除。前者会增加硬件负担并降低图像帧率。后者的成品率低，这也是造成AR眼睛昂贵的原因之一。而畸变则是指图像的扭曲变形现象，是由光线在投射入人眼的前后位置不同造成的。其所产生的问题与色散类似，在此不做赘述。

【SLAM技术】

SLAM 即指同步定位与建图技术。有人说，两年前，扫地机是就是它的代言人。确实，能够扫描室内布局结构，并构建、规划扫地路线的扫地机器人是SLAM技术最好代表了。其实，这项技术也可以被运用在AR领域，现阶段基于SLAM技术开发的代表性产品有微软Hololens，谷歌Project Tango以及Magic Leap。

举个例子，我们知道AR可以用来观看视频，但是如果我想把画面准确的投射到墙上或者壁橱上呢?这就需要SLAM技术。以HoloLens为例，它在启动的时候，会对用户所处空间进行扫描，从而建立房间内物体摆设的立体模型。

【HMD硬件】

Magic Leap的动态数字光场显示技术简单来说可以理解为四维光场显示技术。所谓的四维光场技术和二维显示的最大区别在于，四维显示可呈现不同深度的图像。不论用户观察近景或者远景，都可以看到真实的聚焦和失焦效果，这使得显示的内容就好像建立在真实世界之上一样。

想要获得这种效果，可通过光场相机拍摄，或者电脑渲染生成，但渲染的数据计算量，则是二维场景的百倍甚至千倍。现有的GPU、CPU处理器的集成性、散热性能还远达不到我们的期望。

而传感器、显示屏、景深摄像头在功能性和识别率上还存在很多问题亟需解决。此前微软为Xbox One推出的Kinect就是一款体感操控设备，它让玩家可以轻松的通过身体控制游戏人物的一举一动。但是因为游戏内容稀缺、体验不佳、消费者接受度不高等原因，这款产品不幸惨遭滑铁卢。

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