全新计算机图形系统让现实焕然一新

增强现实技术将计算机生成的图像与现实世界的视觉和声音相结合


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美国国家橄榄球联盟的球迷们,无论他们是否知道,他们每周末为自己的球队加油的同时,也成为了“增强现实”的忠实粉丝。 如果您不确定这是什么,请在周日下午观看您的电视,并注意在球场宽度上延伸的黄色“首攻”条纹(以及划定争球线的蓝色条纹)。 那就是增强现实——一种将计算机生成的图像与现实世界的视觉和声音相结合的技术。

几十年来,研究人员一直在开发一种更复杂的可穿戴技术,将增强现实带入人们的日常生活。 想象一下汽车中的透明遮阳板,它会为驾驶员提供方向(不仅仅是文本,还有箭头),让他们在高速公路上行驶。 这些类型的移动应用程序不容易设计,因为佩戴者的位置不断变化,这使得可穿戴增强现实系统中的摄像头、角速度传感器和加速度计难以确定要显示哪些图形,荷兰埃因霍温理工大学的研究员朱尔根·卡尔斯说。

卡尔斯应该知道,因为上周他从荷兰代尔夫特理工大学获得了博士学位,在那里他和同事们创建了一个增强现实系统的原型,该系统将计算机生成的图形叠加在现实世界的场景之上。 该系统包括一个带有遮阳板的头盔,该遮阳板将图像投射到佩戴者的眼睛中,以创造这些图像是现实一部分的错觉。 这种效果是通过使用两个小型屏幕和两个内置在头盔中的半透明镜实现的。

卡尔斯的系统使用摄像头和惯性传感器来测量佩戴者的位置。 根据对卡尔斯在大学的Delta报纸上的采访,摄像头能够获得准确的绝对位置,但速度较慢。 惯性传感器速度更快,但精度较低,仅提供加速度和旋转速度。 通过结合两个数据输入,卡尔斯开发了图像处理技术和滤波器,允许使用摄像头和单个小型视觉标记确定绝对位置,同时使用来自惯性传感器的信息来插补摄像头测量之间的位置。 然而,卡尔斯未能完全解决的一个问题是,用户在现实世界中看到的内容与虚拟投影之间存在轻微的时间延迟(约 80 毫秒)。

卡尔斯在描述他的研究的新闻稿中说:“我能想象未来人们通过佩戴带有集成显示器的眼镜来体验增强现实,这些显示器将图像投射到他们的视网膜上。 可以把它想象成一个视觉随身听。”

根据新西兰坎特伯雷大学人机界面技术实验室主任马克·比林赫斯特在 2008 年 10 月《大众科学》杂志上发表的文章《注释现实世界》中的说法,任何增强现实系统都包含三个关键特征。 这些包括:“与现实世界紧密注册或对齐的虚拟信息; 实时传递信息和交互的能力; 以及现实世界和虚拟信息的无缝混合。” 他写道,推进增强现实的关键是显示技术的进步(例如“虚拟”眼镜)、移动设备的处理器和图形芯片,以及跟踪系统和摄像头。

根据 2002 年 4 月《大众科学》一篇题为《增强现实:一种新的观察方式》的文章,研究人员已经构建原型系统超过三十年。 第一个是由计算机图形先驱伊万·萨瑟兰和他在哈佛大学和犹他大学的学生在 20 世纪 60 年代开发的。 在 20 世纪 70 年代和 80 年代,少数研究人员在美国空军的阿姆斯特朗实验室、美国宇航局艾姆斯研究中心和北卡罗来纳大学教堂山分校等机构研究了增强现实。

20 世纪 90 年代,波音公司设想机械师佩戴头戴式显示器(HMD)并携带小型计算机,这些计算机将包含一个修复波音产品的信息数据库,马萨诸塞州比勒里卡运动跟踪技术制造商InterSense, Inc.的创始人兼首席技术官埃里克·福克斯林说,该公司帮助波音公司完成了该项目。 增强现实将告知机械师如何更换零件,而无需查阅手册。 最近,波音公司提出了其 HMD 技术(或其某种变体)作为一种帮助太空任务维修的方法。

将于 12 月出版的已故表演者传记《迈克尔·杰克逊官方作品集》的出版商计划将增强现实融入到该项目中。 Opus Media Group 设计了一本 400 页、12 公斤重的书,这样,当某些页面对着网络摄像头时,“页面将变得栩栩如生,当您将书本对着[网络摄像头]时,视频和音乐都会出现在您的屏幕上,”RollingStone.com报道

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