AR干貨，沒(méi)時(shí)間解釋了，快收藏
原創(chuàng)【51CTO.com原創(chuàng)稿件】近些年來(lái)，AR一直是資本追逐的焦點(diǎn)。在經(jīng)歷了2016的“爆紅”和2017年的“養(yǎng)精蓄銳”后，到了2018年，AR的市場(chǎng)環(huán)境已趨于穩(wěn)定，無(wú)論是技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品應(yīng)用還是投資方面都變得更加平穩(wěn)，沒(méi)有大波動(dòng)。同時(shí)，巨頭的框架布局已經(jīng)全部完成。國(guó)外的谷歌、蘋果、微軟等巨頭對(duì)于AR的布局已經(jīng)成型，國(guó)內(nèi)BAT等大公司也已經(jīng)完成了AR SDK的發(fā)布，有的已經(jīng)被開(kāi)發(fā)者應(yīng)用。
那么，AR這么“紅”，到底是憑什么呢？就讓小編來(lái)告訴你吧！
AR是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality）的簡(jiǎn)稱，指通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。
或許很多人對(duì)它的“近親”VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）更為熟悉，甚至常常將兩者混淆。不過(guò)，雖然AR技術(shù)的出現(xiàn)源于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）的發(fā)展，但二者還是存在明顯差別的。
虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是利用PC模擬出三維空間的虛擬世界，可以提供給用戶關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感官的模擬，并且能夠及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物，從而達(dá)到以假亂真的沉浸感。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）則是通過(guò)攝像機(jī)影像的位置及角度精算并加上圖像分析技術(shù)，讓屏幕上虛擬世界可以和現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景進(jìn)行結(jié)合與互動(dòng)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，VR技術(shù)給予用戶一種在虛擬世界中完全沉浸的效果，是另外創(chuàng)造一個(gè)世界；而AR技術(shù)則把計(jì)算機(jī)帶入到用戶的真實(shí)世界中，通過(guò)聽(tīng)、看、摸、聞虛擬信息，來(lái)增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知，實(shí)現(xiàn)了從“人去適應(yīng)機(jī)器”到技術(shù)“以人為本”的轉(zhuǎn)變。
什么？還要再簡(jiǎn)單點(diǎn)？沒(méi)問(wèn)題，上圖：
這是VR:
而這才是AR:
現(xiàn)在你應(yīng)該理解二者的不同，并可以成功將它們區(qū)分開(kāi)了吧。很好！那讓我們趁熱打鐵，了解一下AR的技術(shù)原理。
AR從其技術(shù)手段和表現(xiàn)形式上，可以明確分為大約兩類，一是Vision based AR，即基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的AR，二是LBS basedAR，即基于地理位置信息的AR。
(1) Marker-Based AR
這種實(shí)現(xiàn)方法需要一個(gè)事先制作好的Marker(例如:繪制著一定規(guī)格形狀的模板卡片或者二維碼），然后把Marker放到現(xiàn)實(shí)中的一個(gè)位置上，相當(dāng)于確定了一個(gè)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的平面，然后通過(guò)攝像頭對(duì)Marker進(jìn)行識(shí)別和姿態(tài)評(píng)估（Pose Estimation），并確定其位置，然后將該Marker中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系稱為Marker Coordinates即模板坐標(biāo)系，我們要做的事情實(shí)際上是要得到一個(gè)變換從而使模板坐標(biāo)系和屏幕坐標(biāo)系建立映射關(guān)系，這樣我們根據(jù)這個(gè)變換在屏幕上畫出的圖形就可以達(dá)到該圖形依附在Marker上的效果，理解其原理需要一點(diǎn)3D射影幾何的知識(shí)，從模板坐標(biāo)系變換到真實(shí)的屏幕坐標(biāo)系需要先旋轉(zhuǎn)平移到攝像機(jī)坐標(biāo)系（Camera Coordinates）然后再?gòu)臄z像機(jī)坐標(biāo)系映射到屏幕坐標(biāo)系。
在實(shí)際的編碼中，所有這些變換都是一個(gè)矩陣，在線性代數(shù)中矩陣代表一個(gè)變換，對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行矩陣左乘便是一個(gè)線性變換（對(duì)于平移這種非線性變換，可以采用齊次坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行矩陣運(yùn)算）。公式如下：
矩陣C的學(xué)名叫攝像機(jī)內(nèi)參矩陣，矩陣Tm叫攝像機(jī)外參矩陣，其中內(nèi)參矩陣是需要事先進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定得到的，而外參矩陣是未知的，需要我們根據(jù)屏幕坐標(biāo)(xc ,yc)和事先定義好的Marker 坐標(biāo)系以及內(nèi)參矩陣來(lái)估計(jì)Tm，然后繪制圖形的時(shí)候根據(jù)Tm來(lái)繪制（初始估計(jì)的Tm不夠精確，還需要使用非線性最小二乘進(jìn)行迭代尋優(yōu)），比如使用OpenGL繪制的時(shí)候就要在GL_MODELVIEW的模式下加載Tm矩陣來(lái)進(jìn)行圖形顯示。
(2) Marker-Less AR
基本原理與Marker based AR相同，不過(guò)它可以用任何具有足夠特征點(diǎn)的物體(例如：書的封面)作為平面基準(zhǔn)，而不需要事先制作特殊的模板，擺脫了模板對(duì)AR應(yīng)用的束縛。它的原理是通過(guò)一系列算法(如：SURF，ORB，F(xiàn)ERN等)對(duì)模板物體提取特征點(diǎn)，并記錄或者學(xué)習(xí)這些特征點(diǎn)。當(dāng)攝像頭掃描周圍場(chǎng)景，會(huì)提取周圍場(chǎng)景的特征點(diǎn)并與記錄的模板物體的特征點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，如果掃描到的特征點(diǎn)和模板特征點(diǎn)匹配數(shù)量超過(guò)閾值，則認(rèn)為掃描到該模板，然后根據(jù)對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)坐標(biāo)估計(jì)Tm矩陣，之后再根據(jù)Tm進(jìn)行圖形繪制(方法與Marker-Based AR類似)。
這種AR技術(shù)利用設(shè)備的GPS功能及傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，擺脫了應(yīng)用對(duì)Marker的依賴，用戶體驗(yàn)方面要比Marker-Based AR更好，而且由于不用實(shí)時(shí)識(shí)別Marker姿態(tài)和計(jì)算特征點(diǎn)，性能方面也好于Marker-Based AR和Marker-Less AR，因此對(duì)比Marker-Based AR和Marker-Less AR，LBS-Based AR可以更好的應(yīng)用到移動(dòng)設(shè)備上。
一個(gè)完整的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是由一組緊密聯(lián)結(jié)、實(shí)時(shí)工作的硬件部件與相關(guān)的軟件系統(tǒng)協(xié)同實(shí)現(xiàn)的，常用的有如下三種組成形式：
由于這套方案的硬件要求很低，因此被實(shí)驗(yàn)室中的AR系統(tǒng)研究者們大量采用。
光學(xué)透視式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、分辨率高、沒(méi)有視覺(jué)偏差等優(yōu)點(diǎn)，但它同時(shí)也存在著定位精度要求高、延遲匹配難、視野相對(duì)較窄和價(jià)格高等不足。
AR的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用 AR游戲玩到嗨 AR技術(shù)在游戲方式方面帶來(lái)了巨大的革新。像大家比較熟悉的《Pokemon Go》、《小龍斯派羅》等，都是非常不錯(cuò)的AR游戲。想象一下，往后的游戲不再需要復(fù)雜的場(chǎng)景建模，而是在真實(shí)的世界里游戲，同時(shí)在真實(shí)的世界里又能出現(xiàn)許多虛擬疊加進(jìn)去的事物，這是一種多么棒的體驗(yàn)!游戲也能擺脫場(chǎng)地與空間的束縛，可以隨時(shí)隨地開(kāi)始。 “透視眼”逛博物館 在底特律藝術(shù)學(xué)院，參觀者可以借助一部搭載Tango技術(shù)的手機(jī)查看到展出的埃及木乃伊內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其他展品細(xì)節(jié)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Tango會(huì)將掃描獲得的木乃伊石棺內(nèi)部圖像疊加到手機(jī)拍攝畫面上，于是，隱藏在紗布最里面的古埃及骷髏骨架和其他隱藏藝術(shù)文物就展現(xiàn)在我們面前。這就相當(dāng)于你擁有了一雙透視眼。 足不出戶選家具 有一款叫做iStaging的Tango應(yīng)用，可以讓你足不出戶選購(gòu)家具，并且可以通過(guò)3D模擬繪圖，將家具虛擬地?cái)[放到家中合適的位置，讓你預(yù)覽整體效果。這些家具的AR呈現(xiàn)效果在空間感和大小比例上都非常出色，幾乎和在宜家逛樣板間沒(méi)什么區(qū)別。 總結(jié) 盡管目前就AR技術(shù)而言，國(guó)內(nèi)技術(shù)略遜色于國(guó)外，但就應(yīng)用來(lái)說(shuō)，我國(guó)還是占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)的。有專家預(yù)測(cè)，到2020年，AR將開(kāi)始在B端爆發(fā)，預(yù)計(jì)到2025年，AR會(huì)真正迎來(lái)全面的爆發(fā)。是否真會(huì)如此，還讓我們拭目以待。 
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