增强现实，进行到哪里了？

自远古时代起，人类就常常幻想能无中生有，或者自由穿梭于时空，而增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术在感官层面给了人们这种能力和自由。尽管AR和虚拟现实VR概念已经出现了几十年，然而AR/VR大量出现在科技媒体上吸引各方的关注也就是近年来的事情。

虽然AR/VR同时受到了多方的关注，但从技术角度和应用前景来看，AR和VR还是大有差别的。相较于VR，AR中的R（Reality）是更加真实的R，而凡是能对R有附加额外信息的都算A（Augmented）。也就是说，AR里面的信息是叠加到真实的场景里，而不是虚拟的场景（VR）里的。

简言之，VR是趋近现实；AR是超越现实。超越现实的AR是否真的具有超越现实的力量？又将对真实的世界带来什么影响？

增强现实到超越现实

增强现实（AR）和虚拟现实（VR）是两种不同的技术，有着显著区别，但却常常被相提并论。AR提供跟周围环境和场景有着实时联系的文本、符号或图形信息；VR则完全替换了我们的视觉世界。

更详细一点来看，增强现实能够把含有字母、数字、符号或图形的信息叠加或融合到人们看到的真实世界中。在增强现实世界中，“网络”就是人们所处的空间。增强现实能够提供人们无法从现实世界获得的更深层次的信息，这些信息可以使世界变得更加丰富多彩。

一条陌生的街道，在正常人的眼中只是一条街道，但从增强现实的角度看，它会覆盖上一层不同的“信息外衣”或所谓的“长尾”。人们能够知道这条街的名字是什么，有什么样的商店，以及哪些商店是最好的。读一本书可能变为一种三维的体验，图片可能会浮现在文字上，而超链接也可能带有动画效果，读者能够通过眼部的运动翻动书页，而且，没有必要再去限制页面的尺寸。

人们可以了解他们想知道的一切。目前，一些AR产品已经具备了这些功能。随着技术的发展，增强现实还可以发展得更加先进，使得交互从精确的位置扩展到整个实时环境，从简单的人与屏幕之间的交流，到将人融入到周围的环境中去。

虽然增强现实这个概念是一个科技感十足的现代产物，但早在20世纪90年代，波音公司的科学家汤姆·考德尔（Tom Caudell）就创造了它。

而使现代增强现实设备成为可能的第一项技术可以追溯到20世纪初，当时，爱尔兰的望远镜制造者霍华德·格拉布爵士（Sir Howard Grubb）申请了一项专利。他发明了一项命名为“一个用于大小型武器上的新准直式瞄准镜”，描述了一个用于帮助瞄准射击武器的装置。

1901年，格拉布在皇家都柏林协会科学研讨交流会上就这项发明给出了描述：“可以想象一个探照灯式的光束，沿着枪的轴线方向投射，并调整到与火线一致，光束所落在的地方，就是击中的目标。这显然是不可行的，但这正说明了光束是达到我们目的的必要条件。”“瞄准器就是本论文的主题，它投射的不是一个实际的光或图像，而是投射光学界所称的虚拟图像到物体上，获得与实际光所得到的相似的结果。”

这项发明解决了人眼在某一时刻只能聚焦于同一景深的基本挑战。只能专注于近距离的物体，或是专注于远距离的物体。人眼的结构使得它不可能同时聚焦在两个物体上。使用仅配备了机械瞄准器的步枪或手枪进行瞄准就特别具有挑战性。至今，这仍是需要定期练习才能掌握的技能。

根据Ronald Azuma在1997年的总结，增强现实系统一般具有三个主要特征：虚实结合、实时交互和三维配准（又称注册、匹配或对准）。如今，整整二十多年过去了，AR已经有了长足的发展，系统实现的重心和难点也在随之变化，但是这三个要素依然还是AR系统中不可或缺的。

可以说，AR就是从真实世界出发，经过数字成像，然后系统通过影像数据和传感器数据一起对三维世界进行感知理解，同时得到对三维交互的理解。三维交互理解的目的是告知系统要“增强”的内容。

增强现实的现在和未来

几十年来，人们一直依靠鼠标和键盘来操作计算机并与之交互，现在，在虚拟现实和增强现实的支持下，这些工具或许很快就将被取代。人机交互将逐渐发展为逼真还原现实场景，如同说话和眨眼一样轻松简单。由于AR具有扩大现实世界的优势，所以在医学、精密仪器维护、军事和工程等领域都能够应用。

就目前而言，显然，AR导航是人们最为熟悉的AR应用。传统的手机导航方式很好，但缺乏互动性，对于处在陌生地方的人来说，有时无法确定这是否是地图上显示的正确位置。将增强现实技术应用于导航，可以很好地解决这些问题。诺基亚城市万花筒这个软件可以很好地描述这一点。

2019年2月 Google推出了“Google 地图 AR导航 APP”测试下载，就是通过AR功能在实际道路上显示导航标志的技术。Google 地图 AR 程序使用智能型手机的相机镜头，让画面同时出现实际道路与地图来进行导航。它会在实际建筑物、道路画面上标示箭头，比原本的地图更能准确地让人找到路，毫无困难地到达第一次要去的地方。

并且，屏幕上的标签显示这些建筑物的确切位置和它们的大致距离。当人们点击其中一个标签，它就会显示出详细信息，比如餐厅的名字，它的特色食物和人们的评价。如果目的地离人们所处的位置有点远，该软件可以提供路线规划导航和到达目的地的交通方式。

另外，当前，人们参观博物馆的时候，虽然可以看到很多文物，但有些文物是不完整的，如果游客很多，更是很难看到文物的解释内容，一些户外的历史遗迹也已经没有了全貌。AR可以带来全新的体验，通过对残缺的文物进行重建，可以让游客一睹其原来的面貌。

此外，AR游戏还可以改善玩家与真实环境的互动体验。手机游戏Ingress就是AR游戏中最好的例子。这个游戏有一个简单的科幻背景，玩家首先需要从两个阵营中选择一个，然后玩家需要在地图上找到并收集物品，物品可以被视为经验，然后找到Portal，进行攻击或防御。游戏中的地图基于谷歌地图，所以物品和Portal的位置都是真实的，可以是博物馆或特定的建筑。玩家需要到现实世界中的那个地方去收集物品并来到Portal附近。

就未来的AR应用来看，在医疗领域，医学生可以通过增强现实技术更好地学习人体和做手术，因为学生需要观察真实的人体，外科医生需要在现实生活中进行手术。这种情况下，AR可以起到辅助作用，例如它可以表明人体的哪个部位应该用手术刀做切口，或者哪个部位有肿瘤。这种辅助可以帮助外科医生更准确地进行手术，提高手术的成功率。

在军事领域，增强现实可以帮助部队实时获取位置信息，以及陌生战场的地理数据。增强现实还可以提供基本的导航和飞机信息，以及军用飞机的目标位置。

在增强现实的帮助下，不久的将来，我们或将面临一系列可能性，在教育或职场培训中，可以借助增强现实技术帮助我们学习新技能；当地技术人员可佩戴增强现实设备，在专家的远程帮助下，完成他们无法独立胜任的工作。

还有多少现实障碍？

增强现实的兴起是由近年来软硬件的快速发展决定的，是科技人员几十年努力推动的成果。在AR技术的应用中，也充满了各种挑战和机会。

2012年，由谷歌首次推出谷歌眼镜，谷歌眼镜也被视为世界上第一款真正的AR硬件设备。谷歌眼镜的目标是向消费者提供无处不在的计算能力，它具有智能手机的一些功能，比如拍照、视频聊天、发消息、上网和路线导航。然而， 谷歌眼镜却以失败告终。在2015年1月，谷歌宣布停止谷歌眼镜的探索者版。

究其原因，谷歌眼镜上一些核心应用程序的工作方式与手机并无差别。没有任何应用程序能激励用户在谷歌眼镜上使用它。谷歌眼镜像极了戴在头上的手机，却并不具有太大增强显示的惊喜效果。除非有一个或几个现象级应用让用户想要继续佩戴谷歌眼镜，否则它就会成为一种不必要的产品。除此之外，彼时，谷歌眼镜的市场定位也尚不明朗。

如今，尽管AR技术已经得到了充分的发展，但依然面临许多挑战。第一个挑战与虚拟现实相同。为了让用户完全沉浸其中，最好的情况是实时获得图像，但是会遇到不同的问题。延迟是一直会有的问题，因为增强现实对实时同步有很高的要求。随着用户在现实世界中移动，虚拟信息应该尽可能快地被覆盖，这样用户才能得到正确的信息。最小化的延迟将增强用户的沉浸感。

第二个挑战是计算能力。不同于只需要处理虚拟信号的虚拟现实，增强现实需要分析真实世界的环境，同时管理虚拟信号。在增强现实中有大量的数据，因此需要有强大的硬件。它的硬件是一个头戴式装置，所以应该设计成又小又轻的。电源应该尽可能的低，否则电池的寿命和热量会让用户感到困惑。

根据摩尔定律，小而强大的硬件才不会在未来成为问题。捕获和跟踪系统需要工作的准确性，这样才能给用户提供正确的信息，软件也应该进行优化，过滤信息，从而删除无用的数据，保留有用的数据。

另一个需要解决的挑战是上行带宽。为了在现实世界中显示虚拟信息，AR设备需要将现实世界的数据发送到附近的服务器，而附近的服务器会将信息再返回给AR设备。增强现实技术的特点导致它对上行带宽有较高的要求，而目前的无线互联网设备具有较大的下行带宽。

最后，正如谷歌眼镜一般，十分令人担忧的，还有AR设备的隐私问题。AR设备非常有吸引力，很多人想使用它们，但隐私问题仍然需要考虑。就拿谷歌眼镜来说，它上面的摄像头可以在不被注意的情况下拍摄照片或视频，这意味着用户可以在电影院录屏。

当走在街上时，增强现实技术可能会通过在Facebook上的点赞来找到用户的姓名、年龄等信息。虽然这些行为看起来很时髦，但实际上它们侵犯了隐私，这就是为什么在谷歌眼镜推出后，一些公司在一些特殊的场合禁止员工佩戴谷歌眼镜的原因。

虚拟现实、增强现实和混合现实技术正在颠覆我们对身边世界的体验、理解及与世界的互动方式，更打开了通往其他世界的窗口。由此可能会诞生更多社区，催生更多合作，便于人们更高效地开展协作，培养技能，尝试新想法。当然，这些技术也可能改变我们看待世界的视角，影响我们的行为，因此，在朝着技术狂奔而去的同时，我们还需要批判地使用技术。