增强现实技术实现虚拟化家电

得益于增强现实(AR，augmented reality)技术的发展，在不久的将来，科幻作品中所描绘的情景将有可能变为现实(见图1)。AR技术诞生于上世纪90年代前半期，现已广泛应用于电影及电视节目等。例如，通过合成的背景影像使得身在演播室的主持人看上去就像真的置身于大自然一般。除了电视领域以外，AR技术在夜视仪及战斗机飞行员使用的标靶显示等军事应用中也取得较大发展，并在2年前被实际应用于医疗行业。

        由此可见，AR技术将会在不久之后深入人们的日常生活。目前，一方面，图像处理算法越发精炼，所需的运算量也大为减少；另一方面，微处理器及图形处理单元 (GPU)的性能也得到了飞跃性的提高。以开发了面向AR技术的免费软件ARToolkit C语言程序库而知名的日本奈良先端科学技术大学(NAIST)教授加藤博一表示：“现在iPhone的处理能力已经可以与上世纪90年代的工作站相媲美。”

        首款消费类AR产品可能会是手机产品，然后，AR技术将在几年内扩展至家电领域，给人们的日常生活带来翻天覆地的变化。未来，人们在报刊杂志等纸媒体上也能看到视频内容，比如早报上来不及刊登的最新消息可以通过动态视频的方式进行展示；驾车时，标识目的地的箭头也可以在前方的道路上动态显示，车载导航仪不再需要专用的显示屏；家电产品将不再提供印刷版的使用说明书，而是由产品自身根据用户需要以视频的方式来显示相应的操作方法；衣服无需实际试穿，只要站在镜子前面就能看到试穿后的效果；电视等播放影像的家电也将从屋内消失，取而代之的是贴在墙壁上的二维代码，只需戴上专用眼镜就能看到壁挂式电视。

AR：以真实信息为前提

        AR技术是一种通过在人们日常看到、听到或触摸到的现实世界信息上实时地叠加一些经过计算机加工处理过的信息，以扩展或增强人们的感觉，给人们的活动提供辅助支持的技术。

        虚拟现实(VR，virtual reality)技术在1990年前后曾备受关注。AR技术与VR技术之间最根本的差别在于真实信息与虚拟信息的混合比例不同(见图2)。VR是将人类的视觉等实际信息全部替换为计算机图形(CG，Computer Graphics)等虚拟信息，而AR则是以真实信息为前提，在其基础上附加虚拟信息。在AR技术中，虚拟信息所占的比例较小。

        也有一部分研究人员通过其它标准来定义AR技术。NAIST大学的加藤博一教授表示：“对于用户来说，AR技术是一种便利、快速且安全的技术。”也就是说，与如何叠加虚拟信息相比，更为重要的是技术为人类活动所提供的具体支持。

结合五感传感器的信息

        要在实际应用中使用AR技术，还需要由计算机、各种传感器(作为计算机的视觉、触觉及其它感官)和用来输出加工信息的显示屏等组成的AR接口设备。通过采用不同的传感器和输出设备，并利用不同方式进行加工信息与真实信息的叠加，AR技术可被广泛应用于多种领域。

        日本Tonchidot(顿智)公司CEO井口尊仁表示，通过将来自PC及互联网的信息与人们的实际所见进行叠加，可以在现实空间中产生新的通讯方式。比如，如果将红外或MRI(核磁共振成像)系统拍摄的肉眼看不见的人体影像叠加到实际可见的人体上，那么就可以透视人体，清晰地看到内部的血管、内脏等。在日常生活中，电器等设备的按钮上则可以叠加显示关于该按钮功能的详细解释。

        触觉方面的AR技术已应用于相应产品中，即数码相机的防抖功能。该功能可用于检测用户拍摄时手的振动，并及时对光学镜头及图像进行相应的校正处理。此外，通过手指点击触摸屏所产生的振动来反馈触觉的功能也是AR技术的一种应用。通常情况下，使用者点击触摸屏时的位置是否正确是通过眼睛来判断的，但这对于盲人来说很难实现，如果可以根据振动来分辨触摸位置是否正确，那么就可以用手来代替眼睛，实现同样的功能。

        如果同声传译也无需人的介入，只通过电脑即可实现的话，那么AR技术就相当于强化了人的听觉及语言能力。大阪大学信息科学研究科生物信息专业的前田太郎教授还开发了前庭(平衡)感觉方面的AR技术，可以控制人的行走，使行人能够在无意识的状态下避开汽车。

视觉AR的开发先行一步

        开发工作较为领先的是与视觉相关的AR接口(见图3)。根据影像输出设备的不同，此类AR接口可分为四大类：PC显示器、手机、眼镜型头戴显示器 (HMD，head mounted display)、投影仪。这四类AR接口中都集成了用作传感器的摄像头，并具有一定的图像处理功能。

        其中，PC显示器将来有可能具备目前的梳妆镜功能。东京大学信息学科的历本纯一教授表示：“显示器可以用作具有AR功能的镜子。通过在镜子中的影像上叠加一些加工信息，即可以模拟出化妆或试穿某件衣服后的效果，甚至还可以将自己的高尔夫挥杆动作与Tiger Woods的动作进行比较。”

        而手机则是现在最接近普及的AR接口。大多数多功能手机中都已经集成了摄像头、GPS、地磁传感器及加速度传感器等，因此，现在很多厂商都正在开发面向这些功能的软件，用来在位置信息的基础上叠加来自互联网的各种相关信息，并显示到终端屏幕上。目前可使用的服务包括日本Mapion公司的DGRadar与澳大利亚Mobilizy公司的Wikitude(见图4)。