全新計算機圖形系統讓現實煥然一新

增強現實技術將計算機生成的影像與現實世界的視覺和聲音相結合


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美國國家橄欖球聯盟的球迷們,無論他們是否知道,他們每週末為自己的球隊加油的同時,也成為了“增強現實”的忠實粉絲。 如果您不確定這是什麼,請在週日下午觀看您的電視,並注意在球場寬度上延伸的黃色“首攻”條紋(以及劃定爭球線的藍色條紋)。 那就是增強現實——一種將計算機生成的影像與現實世界的視覺和聲音相結合的技術。

幾十年來,研究人員一直在開發一種更復雜的可穿戴技術,將增強現實帶入人們的日常生活。 想象一下汽車中的透明遮陽板,它會為駕駛員提供方向(不僅僅是文字,還有箭頭),讓他們在高速公路上行駛。 這些型別的移動應用程式不容易設計,因為佩戴者的位置不斷變化,這使得可穿戴增強現實系統中的攝像頭、角速度感測器和加速度計難以確定要顯示哪些圖形,荷蘭埃因霍溫理工大學的研究員朱爾根·卡爾斯說。

卡爾斯應該知道,因為上週他從荷蘭代爾夫特理工大學獲得了博士學位,在那裡他和同事們建立了一個增強現實系統的原型,該系統將計算機生成的圖形疊加在現實世界的場景之上。 該系統包括一個帶有遮陽板的頭盔,該遮陽板將影像投射到佩戴者的眼睛中,以創造這些影像是現實一部分的錯覺。 這種效果是透過使用兩個小型螢幕和兩個內建在頭盔中的半透明鏡實現的。

卡爾斯的系統使用攝像頭和慣性感測器來測量佩戴者的位置。 根據對卡爾斯在大學的Delta報紙上的採訪,攝像頭能夠獲得準確的絕對位置,但速度較慢。 慣性感測器速度更快,但精度較低,僅提供加速度和旋轉速度。 透過結合兩個資料輸入,卡爾斯開發了影像處理技術和濾波器,允許使用攝像頭和單個小型視覺標記確定絕對位置,同時使用來自慣性感測器的資訊來插補攝像頭測量之間的位置。 然而,卡爾斯未能完全解決的一個問題是,使用者在現實世界中看到的內容與虛擬投影之間存在輕微的時間延遲(約 80 毫秒)。

卡爾斯在描述他的研究的新聞稿中說:“我能想象未來人們透過佩戴帶有整合顯示器的眼鏡來體驗增強現實,這些顯示器將影像投射到他們的視網膜上。 可以把它想象成一個視覺隨身聽。”

根據紐西蘭坎特伯雷大學人機介面技術實驗室主任馬克·比林赫斯特在 2008 年 10 月《大眾科學》雜誌上發表的文章《註釋現實世界》中的說法,任何增強現實系統都包含三個關鍵特徵。 這些包括:“與現實世界緊密註冊或對齊的虛擬資訊; 即時傳遞資訊和互動的能力; 以及現實世界和虛擬資訊的無縫混合。” 他寫道,推進增強現實的關鍵是顯示技術的進步(例如“虛擬”眼鏡)、移動裝置的處理器和圖形晶片,以及跟蹤系統和攝像頭。

根據 2002 年 4 月《大眾科學》一篇題為《增強現實:一種新的觀察方式》的文章,研究人員已經構建原型系統超過三十年。 第一個是由計算機圖形先驅伊萬·薩瑟蘭和他在哈佛大學和猶他大學的學生在 20 世紀 60 年代開發的。 在 20 世紀 70 年代和 80 年代,少數研究人員在美國空軍的阿姆斯特朗實驗室、美國宇航局艾姆斯研究中心和北卡羅來納大學教堂山分校等機構研究了增強現實。

20 世紀 90 年代,波音公司設想機械師佩戴頭戴式顯示器(HMD)並攜帶小型計算機,這些計算機將包含一個修復波音產品的資訊資料庫,馬薩諸塞州比勒裡卡運動跟蹤技術製造商InterSense, Inc.的創始人兼首席技術官埃裡克·福克斯林說,該公司幫助波音公司完成了該專案。 增強現實將告知機械師如何更換零件,而無需查閱手冊。 最近,波音公司提出了其 HMD 技術(或其某種變體)作為一種幫助太空任務維修的方法。

將於 12 月出版的已故表演者傳記《邁克爾·傑克遜官方作品集》的出版商計劃將增強現實融入到該專案中。 Opus Media Group 設計了一本 400 頁、12 公斤重的書,這樣,當某些頁面對著網路攝像頭時,“頁面將變得栩栩如生,當您將書本對著[網路攝像頭]時,影片和音樂都會出現在您的螢幕上,”RollingStone.com報道

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