2015年1月22日，微軟向全世界發(fā)布了其應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新產(chǎn)品——全息透鏡(MicrosoftHoloLens)，引發(fā)了全球科技愛(ài)好者們掀起一場(chǎng)新的狂歡。

微軟

全息透鏡是一種新型光學(xué)元件。是一種簡(jiǎn)單的計(jì)算全息圖.過(guò)去由于波帶片在制作上的困難及多級(jí)像的產(chǎn)生,很少用它來(lái)作為成像元件.在激光全息技術(shù)發(fā)展起來(lái)以后,人們逐漸認(rèn)識(shí)到一個(gè)點(diǎn)源的全息圖同波帶片一樣,具有透鏡成像的性質(zhì),就把它稱為全息透鏡。

由于用全息祛制造起來(lái)簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確，并在某些方面有與透鏡不同的特性，因此近十多年以來(lái)，全息透鏡已作為光學(xué)系統(tǒng)中一個(gè)成像元件出現(xiàn)，并在某些方面完成了獨(dú)特的功能。例如,利用反射全息圖的特點(diǎn)可以制成一種反射全息透鏡同時(shí)完成反射鏡和透鏡的作用，這對(duì)軍用光學(xué)儀器在減輕重量方面特別有效.制造短焦距的全息透鏡,將它用在全息照相中又可以同時(shí)完成分光和擴(kuò)束的作用。

近兩年來(lái)，運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)品越來(lái)越讓人驚艷：可穿戴設(shè)備、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以發(fā)揮作用的舞臺(tái)越來(lái)越大。雖然增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還處在成長(zhǎng)期，但其實(shí)早已有許多專注于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的公司深耕于此，如索尼早在1994年就在二維碼的基礎(chǔ)上開(kāi)始了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研發(fā)，推出“SmartAR”智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并成功用于電子游戲和手機(jī)攝像頭。目前，國(guó)內(nèi)已有幾家安防廠商將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于視頻監(jiān)控?cái)z像。

從虛擬現(xiàn)實(shí)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR)就是根據(jù)當(dāng)前位置(GPS)，和視野朝向(指南針)及手機(jī)朝向(方向傳感器/陀螺儀)，在實(shí)景中(攝像頭)投射出相關(guān)信息并在顯示設(shè)備(屏幕)里展示。其實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)在于投影矩陣的獲取。

技術(shù)的發(fā)展不是突進(jìn)的，而是漸進(jìn)式發(fā)展。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)離不開(kāi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的技術(shù)，生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)等一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬世界中的物體進(jìn)行交互，相互影響，從而產(chǎn)生親臨真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。典型的VR系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)、輸入輸出設(shè)備、用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)等組成。計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)虛擬世界的生成和人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn);輸入輸出設(shè)備負(fù)責(zé)識(shí)別用戶各種形式的輸入并實(shí)時(shí)生成相應(yīng)的反饋信息;應(yīng)用軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)虛擬世界中物體的幾何模型、物理模型、行為模型的建立，三維虛擬立體聲的生成，模型管理及實(shí)時(shí)顯示等;數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于存放整個(gè)虛擬世界中所有物體的各個(gè)方面的信息。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別在于其交互性上。三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)是依靠計(jì)算機(jī)預(yù)先處理好的路徑上所能看見(jiàn)的靜止照片連續(xù)播放而形成的，不具有任何交互性，即不是用戶想看什么地方就能看到什么地方，用戶只能按照設(shè)計(jì)師預(yù)先固定好的一條線路去看某些場(chǎng)景，用戶是被動(dòng)的;而VR技術(shù)則通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算場(chǎng)景，根據(jù)用戶的需要把整個(gè)空間中所有的信息真實(shí)地提供給用戶，用戶可依自己的路線行走，計(jì)算機(jī)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的場(chǎng)景，真正做到“想得到，就看得到”。根據(jù)VR技術(shù)對(duì)沉浸程度的高低和交互程度的不同，將VR系統(tǒng)劃分了4種類型：沉浸式VR系統(tǒng)、桌面式VR系統(tǒng)、增強(qiáng)式VR系統(tǒng)、分布式VR系統(tǒng)。

而增強(qiáng)式VR系統(tǒng)簡(jiǎn)稱增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AugmentedReality)，它既允許用戶看到真實(shí)世界，同時(shí)也能看到疊加在真實(shí)世界上的虛擬對(duì)象，它是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來(lái)的一種系統(tǒng)。AR中真實(shí)物體和虛擬物體與用戶環(huán)境必須無(wú)縫結(jié)合在一起，而且真實(shí)物體和虛擬物體之間還要能夠進(jìn)行交互，這樣才能實(shí)現(xiàn)真正的虛實(shí)融合。因此增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互、三維定向的新特點(diǎn)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要有顯示技術(shù)、跟蹤和定位技術(shù)、界面和可視化技術(shù)、標(biāo)定技術(shù)構(gòu)成。

跟蹤和定位技術(shù)與標(biāo)定技術(shù)共同完成對(duì)位置與方位的檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)報(bào)告給AR系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被跟蹤對(duì)象在真實(shí)世界里的坐標(biāo)與虛擬世界中的坐標(biāo)統(tǒng)一，達(dá)到讓虛擬物體與用戶環(huán)境無(wú)縫結(jié)合的目標(biāo)。

為了生成準(zhǔn)確定位，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要進(jìn)行大量的標(biāo)定，測(cè)量值包括攝像機(jī)參數(shù)、視域范圍、傳感器的偏移、對(duì)象定位以及變形等。

以智能手機(jī)為例，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)就是根據(jù)當(dāng)前位置(GPS)，和視野朝向(指南針)及手機(jī)朝向(方向傳感器/陀螺儀)，在實(shí)景中(攝像頭)投射出相關(guān)信息并在顯示設(shè)備(屏幕)里展示。其實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)在于投影矩陣的獲取。當(dāng)然，在實(shí)際開(kāi)發(fā)的時(shí)候其實(shí)android系統(tǒng)已經(jīng)將投影矩陣封裝的比較好了，可以通過(guò)接口直接獲取投影矩陣，然后將相關(guān)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算成相應(yīng)的坐標(biāo)就可以了。

移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)跟蹤手機(jī)在真實(shí)場(chǎng)景中的位置及姿態(tài)，并根據(jù)這些信息計(jì)算出虛擬物體在攝像機(jī)中的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)虛擬物體畫(huà)面與真實(shí)場(chǎng)景畫(huà)面精準(zhǔn)匹配，所以，registration(即手機(jī)的空間位置和姿態(tài))的性能是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵。

對(duì)固定攝像機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，主要由圖像采集系統(tǒng)和觀察顯示系統(tǒng)合在一起構(gòu)成了望遠(yuǎn)筒式結(jié)構(gòu)，體積相對(duì)龐大。為了減小系統(tǒng)的體積和重量，在設(shè)計(jì)中將這兩部分分離，攝像機(jī)系統(tǒng)仍然通過(guò)支架固定，而觀察系統(tǒng)改為手持式設(shè)備或者頭盔顯示器，這樣就省去了望遠(yuǎn)筒結(jié)構(gòu)中的系統(tǒng)連接部分和支撐部分，支架承受的重量也會(huì)大大減少。由于改用了較為輕便的結(jié)構(gòu)，整套系統(tǒng)的維護(hù)和使用更加方便。在系統(tǒng)中采用雙攝像機(jī)拍攝真實(shí)場(chǎng)景，并結(jié)合虛擬模型的立體成像實(shí)現(xiàn)了立體視覺(jué)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果，使系統(tǒng)的實(shí)用性得到大幅提升，非常適用于在安防監(jiān)控中使用。