凯文•邦瑟 (Kevin Bonsor)

augmented-reality-hud视频游戏走进我们的生活已经有30多年了。从那时起计算机图形学变得越来越成熟,游戏图像看起来将会像真的一样。在下一个十年,研究人员计划将图像拉出电视屏幕或计算机显示屏,将其集成到真实世界的环境中。这种称为增强现实的新技术,将通过增强我们的所见、所听、所感和所闻,进一步模糊真实世界与计算机所生成的虚拟世界之间的界线。
从虚拟现实(创建身临其境的、计算机生成的环境)和真实世界之间的光谱来看,增强现实更接近真实世界。增强现实将图像、声音、触觉和气味按其存在形式添加到自然世界中。

7 thoughts on “凯文•邦瑟 (Kevin Bonsor)

  1. shinichi Post author

    自从二十世纪七十年代早期Pong进入电子游戏厅以来,视频游戏走进我们的生活已经有30多年了。从那时起计算机图形学变得越来越成熟,游戏图像看起来将会像真的一样。在下一个十年,研究人员计划将图像拉出电视屏幕或计算机显示屏,将其集成到真实世界的环境中。这种称为增强现实的新技术,将通过增强我们的所见、所听、所感和所闻,进一步模糊真实世界与计算机所生成的虚拟世界之间的界线。

    从虚拟现实(创建身临其境的、计算机生成的环境)和真实世界之间的光谱来看,增强现实更接近真实世界。增强现实将图像、声音、触觉和气味按其存在形式添加到自然世界中。由此可以预见视频游戏会推动增强现实的发展,但是这项技术将不仅仅局限于此,而会有无数种应用。从旅行团到军队的每个人都可以通过此技术将计算机生成的图像放在其视野之内,并从中获益。

    增强现实将真正改变我们观察世界的方式。想像您自己行走在或者驱车行驶在路上。通过增强现实显示器(最终看起来像一副普通的眼镜),信息化图像将出现在您的视野之内,并且所播放的声音将与您所看到的景象保持同步。这些增强信息将随时更新,以反映当时大脑的活动。在这篇文章中,我们将了解这项未来技术、其技术构成以及如何使用该技术。

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  2. shinichi Post author

    增强现实系统

    增强现实的基本理念是将图像、声音和其他感官增强功能实时添加到真实世界的环境中。听起来十分简单。而且,电视网络通过使用图像实现上述目的不是已经有数十年的历史了吗?的确是这样,但是电视网络所做的只是显示不能随着摄像机移动而进行调整的静态图像。增强现实远比您在电视广播中见到的任何技术都要先进,尽管增强现实的早期版本一开始是出现在通过电视播放的比赛和橄榄球比赛中,例如Racef/x和添加的第一次进攻线,它们都是由SporTVision创造的。这些系统只能显示从一个视角所能看到的图像。下一代增强现实系统将显示能从所有观看者的视角看到的图像。

    在各类大学和高新技术企业中,增强现实还处于研发的初级阶段。最终,可能到这个十年结束的时候,我们将看到第一批大量投放市场的增强现实系统。一个研究者将其称为“21世纪的随身听”。增强现实要努力实现的不仅是将图像实时添加到真实的环境中,而且还要更改这些图像以适应用户的头部及眼睛的转动,以便图像始终在用户视角范围内。下面是使增强现实系统正常工作所需的三个组件:
    ・ 头戴式显示器
    ・ 跟踪系统
    ・ 移动计算能力

    增强现实的开发人员的目标是将这三个组件集成到一个单元中,放置在用带子绑定的设备中,该设备能以无线方式将信息转播到类似于普通眼镜的显示器上。让我们分别来了解这个系统中的每个组件。

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  3. shinichi Post author

    头戴式显示器

    就像监视器能让我们看到计算机生成的文本和图像一样,头戴式显示器(HMD)可以让我们看到由增强现实系统生成的图像和文本。到目前为止,还没有很多专门为理想中的增强现实系统开发的头戴式显示器。大多数显示器最初都是为虚拟现实而设计的,类似于某种类型的滑雪护目镜。目前有两种基本类型的头戴式显示器:
    ・ 视频透视式
    ・ 光学透视式

    视频透视式显示器通过使用连接到护目镜外侧的小型视频摄像机来捕获影像,勾画出佩戴者的周围环境。在显示器的内侧,实时播放视频影像,并且将图像添加到视频上。使用视频摄像机的一个问题是在时间上有较长的延迟,即当观看者转动他的头的时候,影像调整会有延迟。

    大多数制作光学透视式显示器的企业已经停业。索尼公司生产过一款供某些研究人员使用的透视式显示器,名字叫Glasstron。佐治亚理工学院增强环境实验室主任Blair MacIntyre相信,Microvision的虚拟视网膜显示器(Virtual Retinal Display)最有希望成为未来的增强现实系统。此设备通过迅速移动的光源在纵横两个方向上扫过视网膜,因此实际上是利用光将影像映射到视网膜上。Microvision显示器的问题是目前价格大约在10,000美元左右。MacIntyre表示视网膜扫描显示器之所以有望成为未来的增强现实系统,因为其体积有可能变小。他设想通过在一副外形普通的眼镜侧面安装光源,来将影像投射到视网膜上。

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  4. shinichi Post author

    增强现实的跟踪和定位系统

    增强现实开发人员面临的最大挑战是需要知道用户相对于其周围的环境所处的位置。另外还有跟踪用户的眼睛和头部转动的问题。所以跟踪系统必须能识别这些运动,并且映射出与用户在任何特定时刻看到的真实世界相关的图像。限于当前的跟踪技术,目前的视频透视式显示器和光学透视式显示器通常在叠加的内容上都会有延迟。

    增强现实要发挥其最大潜力,就必须在室外和室内都可以使用。目前,可用于大范围开放区域的最佳跟踪技术是全球定位系统(GPS)。但是,GPS接收器的精确度大致为10到30米,一般而言这个精确度还算不错,但是对于需要以毫米或更小单位来度量精确度的增强现实系统来说却不够好。如果映射的图像与您实际看到的事物距离大约10到30米,则增强现实系统就没有什么价值了。

    有一些方法可以提高跟踪精确度。例如,军队使用的多重GPS信号。还有差分GPS,这种方法使用在已经过测量的区域。然后,系统会用带有天线的、能非常精确地知道其位置的GPS接收器,来跟踪您在该区域内的位置。这使用户可以确切地知道他们的GPS接收器有多么不准确,从而可以相应地调整增强现实系统。差分GPS可以达到分米级别的精确度。而正在开发中的一种更为精确的实时动态GPS甚至可以达到厘米级别的精确度。

    在小空间内进行跟踪比在大空间内要容易。北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员已经开发出了一种非常精确的系统,它可以在大约46平方米的范围内工作。HiBall跟踪系统是由以下两个部分组成的光电跟踪系统:
    ・ 六个用户佩戴式光学传感器
    ・ 嵌入在特殊天花板内的红外线发光二极管(LED)

    该系统利用已知的LED位置、已知的用户佩戴式光学传感器的几何原理,以及特殊的算法来计算和报告用户的位置和方向。该系统可以解析0.2毫米内的线性移动和0.03度以内的转动。它的更新速率超过1500Hz,延迟保持在大约一毫秒。

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  5. shinichi Post author

    增强现实系统的移动计算能力

    对于可佩戴增强现实系统,还没有足够的计算能力来创建三维立体图形。因此,研究人员目前正在使用能够从笔记本电脑和个人电脑所获得的各种图形处理能力。笔记本电脑现在刚开始配备图形处理器(GPU)。

    东芝刚刚在其笔记本电脑内添加了英伟达GPU,它每秒钟能够处理超过1700万个三角形和2.86亿个像素,从而能够支持需占用大量CPU的程序,如3D游戏。但是笔记本电脑仍然落后许多——英伟达已经开发了定制的300-MHz 3-D图形处理器将用于微软即将推出的Xbox游戏机,它每秒钟可以生成1.5亿个多边形,而且这些多边形比三角形复杂得多。由此可以看出移动图形芯片还有多远的路要走,才能产生在家庭视频游戏系统中看到的那么流畅的图像。

    MacIntyre表示实用便携式3D系统至少要到2005年才能上市。他的研究实验室目前使用ThinkPad来驱动移动式增强现实系统。而顶级的ThinkPads则使用16MB的冶天Mobility 128芯片。

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  6. shinichi Post author

    增强现实的应用

    一旦研究人员克服了目前所面临的各种挑战,增强现实将很可能遍及我们生活的各个角落。它可能应用到几乎所有行业中,包括:

    ・ 维修和建设——这很可能是应用增强现实的第一个行业。可以将标记器连接到人们正在施工的特定物体上,然后增强现实系统可以在它上面描绘出图像。这是一个比较简单的增强现实形式,因为系统只需要知道用户相对于他看到的物体所在的位置,而不必跟踪那个人的确切物理位置。

    ・ 军事——军队数十年来一直在设计使用增强现实。事实上,美国海军研究所已经资助了一些增强现实研究项目。国防先进技术研究计划署(DARPA)已经投资了HMD项目来开发可以配有便携式信息系统的显示器。其理念在于,增强现实系统可以为军队提供关于周边环境的重要信息,例如显示建筑物另一侧的入口,这有点像X射线视觉。增强现实显示器还能突出显示军队的移动,让士兵可以转移到敌人看不到的地方。

    ・ 即时信息——旅行者和学生可以使用这些系统了解有关特定历史事件的更多信息。想像行走在美国内战的战场上,并且在头戴式增强现实显示器上看到重现的历史事件。它将使您沉浸在历史事件中,有身临其境之感,而且视角将是全景的。

    ・ 游戏——将视频游戏带到户外会有多酷呢?您可以将游戏映射到周围的真实世界中,并可以真正成为其中的一个角色。澳大利亚的一位研究人员创作了一个将流行的视频游戏Quake和增强现实结合起来的原型游戏。他将一个大学校园的模型放进了游戏软件中。现在,如果他使用该系统,那么在他绕着校园行走时,就会处于该游戏场景中。

    这项技术有数百种可能的应用,其中游戏和娱乐是最显而易见的应用领域。可以给人们提供即时信息的不需要人们参与任何研究的任何系统,在相当多的领域对所有人都是有价值的。增强现实系统可以立即识别出人们看到的事物,并且检索和显示与该景象相关的数据。

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