虹科分享 | 一文带你了解增强现实（AR）技术的前世今生

引言：增强现实（Augmented Reality, AR）技术在近几年大放光彩，您可能在《头号玩家》或《黑镜》等影视作品中看到过人们对AR技术的其奇思妙想，也可能从科普文章中了解过“元宇宙”、“数字孪生”等概念，您还可能已经亲自体验过AR眼镜，并且将其应用在您的休闲娱乐与日常办公中。但对大多数人而言，AR技术仍然是一个新兴的、不断发展的技术，但不用着急，本文将与您一起回顾AR的发展历史，在简单的阅读后，相信您一定会对AR技术的潜力及未来发展方向有更清晰的认知。

AR发展简史

AR的历史远比人们想象得久远，我们可以将其归结为三个阶段：

阶段一：20世纪初-20世纪90年代（概念发展期）

这一时期是增强现实相关概念的缓慢发展期。此时，纺织机强化了人的双手，火车强化了人的双腿，计算机强化了人的大脑，人们又将目光转向感官：视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉，没错，这便诞生增强现实技术的最初定义-扩展现实世界感知与交互的技术。

借由这一定义，Morton Heilig在1957年设计了多感觉（多模态）显示器 Sensorama，这一设备通过彩色显示屏、立体音箱、气味发射器、风扇来模拟人的视觉、听觉、嗅觉、触觉，它可用于模拟摩托车驾驶或飞机驾驶的场景，这一发明率先提出了通过物理设备为人的感官传递信息的设想，但该设备也有其缺点，那就是它所模拟的场景只能是预设好的，无法根据人的行为而实时改变。


多感觉（多模态）显示器 Sensorama

1956年，Sutherland 提出终极显示器（The Ultimate Display）的设想，提出要通过感知用户的行 为来生成与之同步可交互的计算机影像。

秉持这一理念，Sutherland在1968年基于机械三维传感器、渲染用计算机等设备，设计了光学透视头盔显示器 （Optical See-Through Head Mounted Display, OSTHMD），这一显示器不仅实现了同步可交互的构想，也实现了虚拟画面和显示画面的叠加以及头戴式的设备形态，被称为当今增强现实设备的鼻祖。同样，这一设备除了受当时算力不足问题的限制，也存在过重的问题，它也由此被戏称“达摩克里斯之剑”。


Sutherland设计的光学透视头盔显示器

阶段二：20世纪90年代-21世纪初（概念确立与基础技术研发期）

此时超大规模集成电路得到迅猛发展，计算机向着高性能、超微型方向发展，电子产品向可移动性和可穿戴性发展的趋势明显。

1900 年，Caudell 等人将利用透视头盔显示器 HMD 对应用户所处位置显示影像的技术明确命名为增强现实。

1994 年暦本纯一首次研发了以图像图案（二维码）作为 标识物的增强现实导航系统，这一便捷高效的交互方式在当今的外卖柜、共享单车等设备中依然广泛使用。

这一时期，光纤通信技术也在蓬勃发展，基光纤通信中的全反射原理诞生的光波导成像器件也渐渐从图纸成为现实。

增强现实的定义也在此时稳固了下来，北卡大学的罗纳德·阿祖玛（Ronald Azuma）于 1997 年提出了增强现实的三个重要因素：虚实融合、实时交互和三维配准，如今作为增强现实的狭义定义广为人知。

阶段三：2000 年之后（市场期、高速发展期）

这一时期是增强现实技术开始普及的时期。
2003 年，Wagner 等人成功在平板电脑这一移动终端上实现了增强现实的应用。
2007 年，索尼电脑娱乐公司 SCE（Sony Computer Entertainment Inc）发布首款增强现实游戏“THE EYE OF THE JUDGEMENT（审判之眼）”。
2009 年 6 月，谷歌搜索关键词“augmented reality” 的关注度第一次超过“virtual reality”

自此，增强现实技术开始走向千家万户，不仅诞生了VR、AR、MR、XR等技术分支，增强现实技术的应用领域也逐渐从游戏娱乐扩展到医疗、工业、教育培训、物流等领域，例如手术室内的医生可以通过佩戴AR眼镜实时传递手术室内的第一视角画面，一线操作者也可以通过佩戴AR眼镜来查看检修流程、产品图纸等信息，解放其双手，提高生产效率与安全作业质量。

相信随着技术的发展，AR在续航、舒适度、性能、功能方面也会不断进步，取得更加广泛的应用前景。