数字建筑与增强打印技术：AR的发展及应用动态

在19世纪初，美国作家FrankBaum，他最出名的作品就是《绿野仙踪》，在他的一篇短篇故事《The Master Key》中首次提及一种增强现实的智能眼镜。20 世纪 90 年代初期，波音公司的Caudell及其同事在他们设计的一个辅助布线系统中首次提出了“增强现实”（Augmented Reality，简称 AR）这个名词。目前公认的“增强现实”的准确定义是由 Milgram 提出的，意指在虚拟环境中增加真实世界的图像，比如在虚拟物体上加上纹理映射的视频，这种技术可以增加虚拟物体的真实程度，减少虚拟和真实物体的区别。Azuma在 1997 年对增强现实系统及其 使用的基本技术作了详尽的综述，并提出 AR 系统 有3个特点：真实世界和虚拟世界的合并显示；实时交互性；虚实配准（三维配准）。增强现实能实现虚拟物体与真实场景相融合，并提供给用 户与之交互的接口，增强人对世界的感知能力。目前，增强现实技术研究比较领先的国家主要有美国、 日本、德国、英国、加拿大、瑞典等，在医疗、娱 乐、军事、机器人远程操作等领域开展了相关研究并取得了一些成功的应用。国内增强现实方面的研究尚处于起步阶段，研究机构集中在高校和科研单位如北京理工大学、浙江大学、华中科技大学、国防科技大学等。

增强现实系统借助光电显示技术、交互技术、计算机图形技术和可视化技术等产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过传感技术将虚拟对象准确地“放置”在真实环境中，利用显示设备将产生的虚拟对象与真实环境融为一体，为用户呈现一个感官效果真实的新环境，使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实环境的有机组成部分。增强现实技术分为户外（outdoor）和室内（indoor）两大方向，所采用的技术也不尽相同。户外以实景图像的识别结合 GPS、电子罗盘等多种传感器确定位置以增强实景，增强的内容可以是实景所不能可视化的信息，例如建筑的名称标识、道路的方向指引等，也可以是不存在的物体，如在现有圆明园遗址上复原已经不存在的虚拟圆明园，通常需要特殊的设备， 如背负式的头戴系统平视显示器（HUD）或头盔显示器（HMD）；室内则以某些物体不可见的信息增强为主，例如机械制造中用于操作指引、电视转播中的虚拟演播室等，通常采用视频混合显示实现。随着计算机图像处理技术和计算机图形学的飞速发展，美国科学家IvanSutherland研制出了第一台头戴式显示器，该显示器可以实时显示3D图像，让用户感觉置身于虚拟环境中。2013年Google公司推出了一款革命性的产品Google Glass，用户只用通过语音就可以与眼镜交互。AR技术逐渐融入个人的曰常生活中。

随着计算机硬件的不断更新换代，图像计算性能的不断攀升，硬件设备成本的不断降低，使得高性能计算机的普及度大大提高。高性能计算机的普及为AR技术进入普通用户的生活提供了硬件基础。AR技术逐渐被应用于各个领域，从国家国防军用设施，到医院的医疗设备。从学校的教学设备，到个人的家庭娱乐设施。不仅如此，AR技术还在不断的扩展，开始出现在个人移动设备上。对于AR的应用领域以下做几个简单介绍。

（1）军事领域

军用飞机飞行员所用的头盗瞄准器以及平视显示器上现实的坐标信息，导航信息等。潜艇中集成AR技术的成像系统可以让技术人员更加直观准确的了解当前潜艇的方向位置，以及目标的位置，可以更快更准确的锁定目标。在战场上，AR技术可以应用到每个士兵的护目镜上，将战场数据通过网络实时的显示在护目镜上。让士兵可以全方位的观察整个战场或是为指挥中心发送的一个指令提供战场导航。

（2）医疗领域(www.xing528.com)

AR可以为外科医生提供辅助信息。比如将病人的心跳速率，病人的血压，以及病人各个器官的状态，甚至可以将病人的X线短程摄影（CT）或是核磁共振成像（MRI）生成的图像信息叠加到病人手术的相关位置，让医生可以更直观查看病人体内的病症情况，可以更加迅速的定位手术位置。AR还可以让医生和准妈妈们更直接的观察胎儿。

（3）教育领域

AR技术可以为课本带来更加丰富的内容。一个拥有AR功能的应用程序可以将文本、图像、音频以及视频数据实时的叠加到学生课本内容上。可以在文字读本，记忆卡片或是其他的教学材料中嵌入一个AR标签，当用一个AR设备扫描这些教学材料的时候便为学生提供附加的多媒体信息。学生在教室中就可以参与到计算机所生成的模拟历史事件中，探索和学习各个事件所发生的地点和各个历史事件的细节。AR还可以帮助学生理解化学中的分子，通过装有AR应用的设备用相机扫描学生手中的AR标签卡片，将相应的分子空间结构模型显示到设备中，并且学生可以同手中的虚拟模型进行交互。AR技术还可以应用到远程教育中，为身处异地的学生和教师提供一个共同的虚拟学习环境，甚至是虚拟的学习教材，虚拟的同桌，虚拟的黑板等等。如一个增强现实的沙盒，用户可以在桌面上通过手势将沙盒中沙子的高度进行拉高或是降低，实现增强现实的交互。

（4）家庭个人领域

集成AR技术的导航应用可以增加导航的效率。导航信息可以直接被显示在汽车的挡风玻璃上，指示目的地的方向、天气、地形和道路条件，交通情况以及路线上的潜在危险等等。AR技术还可以提高用户的旅行体验，集成AR技术的应用程序可以让游客体验到所到地点的历史信息，历史事件，名胜古迹的详细信息，来源等等。AR应用程序甚至完全可以替代导游，完成导游的所有工作。AR在家庭娱乐上也有不俗的表现。用户可以通过AR应用在桌子上就可以玩战争游戏。以形成独特的游戏方式。用户还可以使用AR设备实现实时翻译，将AR设备的摄像头对准要翻译的外文，而屏幕上显示的是已经翻译好的目标文字。