增强现实是指将虚拟物体叠加到显示场景中，并支持使用者与其进行交互，它已经成为当今虚拟现实研究中的一个重要分支。本文首先概述了增强现实领域内的主要研究内容和进展情况，并对增强现实的实现系统进行了描述，然后重点介绍了增强现实中的关键技术及现在取得的一些成果，最后描述了增强现实的广泛应用和广阔的应用前景。
近年来，随着计算机性能的提高和图形学与视觉技术的发展，AR技术逐渐成为了国内外广大学者们研究的热点，其应用领域也越来越广泛，包括医疗、军事、工业、教育、娱乐、城市规划、旅游展览和可视化信息检索服务等。
增强现实系统的关键技术
增强现实技术的三大特征是虚实结合、实时交互和三维尺度上的匹配，这主要通过显示技术、交互技术、多种传感技术和计算机图形与多媒体技术等的结合来实现。
增强现实系统中，输入图像经过处理组织建立起实景空间，计算机生成虚拟对象依几何一致性嵌入实景空间中，形成虚实融合的增强现实环境；这个环境再输入到显示系统中呈现给使用者；最后使用者通过交互设备与场景环境进行互动。其中，让虚实结合的注册步骤非常关键，和最后的显示输出端一起，决定了使用者对环境的最终感知效果。而虚拟对象的生成也直接影响着使用者的体验效果。因此称虚实结合的注册技术、虚拟对象的生成技术和显示技术为增强现实系统的三大关键技术。
跟踪注册技术
为了实现虚拟信息和真实场景的无缝叠加，这就要求虚拟信息与真实环境再三维空间位置中进行配准注册。
跟踪注册技术首先检测需要“增强”的物体特征点以及轮廓，跟踪物体特征点并生成二维或三维坐标信息。跟踪注册技术的好坏直接决定着增强现实系统的成功与否，常用的跟踪注册方法有四种：基于跟踪器的注册、基于机器视觉跟踪注册、基于无线网络的和混合跟踪注册技术。
基于机器视觉的跟踪注册主要有基准点法，模板匹配法，仿射变换法和基于运动图像序列的方法等。其中，基准点方法需事先对相机进行标定，并设置相应的标记或基准点，然后对获取的图像进行分析，以计算相机的位置和姿态。其原理是先从图像中提取一些已知的对象特征点，找到真实环境和图像中对应点的相关性，然后由相关性计算出对象姿态，这个过程就是对从世界坐标转换到摄像机坐标的模型视图矩阵的求解过程。
显示技术
一般的增强现实系统主要使用透视式头盔显示器。透视式头盔显示器主要由三个基本环节构成：虚拟信息显示通道、真实环境显示通道、图像融合及显示通道。其中，虚拟信息的显示原理与虚拟现实系统所用的浸没式头盔显示器基本相同；图像融合与显示通道是与用户交互的最终接口，根据其中真实环境的表现方式，可分为基于CCD摄像原理的视频透视式头盔显示器和基于光学原理的光学透视式头盔显示器两类。
非头盔式的显示设备一般包括手持显示器、CRT或平面LCD显示器、投影成像系统、自由立体显示器以及一些特殊场合专用的显示设备。其中较特别的有头戴式投影器、眼镜式显示器和视网膜投影显示等。
虚拟物体生成技术
增强现实的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动，所以在准确的跟踪注册技术的基础上，要提高增强现实系统的效果，还需要保证所生成的虚拟物体真实感和实时性强。如谷歌眼镜推出的增强现实眼镜，在用户观测到一个物体后，镜片就能迅速呈现该物体的相关信息，其中真实感和实时性是虚拟物体生成的两个最主要的性能判断标准。
热门跟贴