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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

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AR技术正全面涌入我们的生活

2017-05-31 11:04:00

 

20167月,一款由日本电子游戏业巨头任天堂公司和美国软件开发公司Niantic联合开发的智能手机游戏“口袋妖怪 GO”上市,并立刻风靡美国、澳大利亚等地,令全球目光也聚焦到了增强现实技术(简称 AR)及其产业发展潜力上。

增强现实技术是将现实和虚拟叠加,并为人眼所见,形成人机交互,以提升人类对真实世界的感知能力。其原理是人们通过计算机技术将虚拟信息传递给现实世界,然后将两者叠加到同一个画面或空间中同时存在,再通过硬件和软件的协调作用,使得身处其中的用户能够以自然的方式与虚实景物进行三维实时交互。 AR实现了虚拟信息与真实世界的无缝连接, 为虚拟世界和现实世界的接轨提供了通道。

典型的 AR系统结构由虚拟场景生成单元、透射式头盔显示器、头部跟踪设备和交互设备构成(如下图所示)。 其中,虚拟场景生成单元负责虚拟场景的建模、管理、绘制和其他外设的管理;透射式头盔显示器负责显示虚拟和现实融合后的信号;头部跟踪设备跟踪用户视线变化;交互设备用于实现感官信号及环境控制操作信号的输入、输出。

AR的意义在于,它是一个类似互联网一般的伟大创新。 AR不仅仅是一项技术, 更预示着一个时代的到来,人类的工作和生活将因此改变。AR有着更广泛的应用潜力和延展性,在教育、医疗、工业、娱乐、军事和旅游等诸多领域都有很强的实用性。 

AR技术让学习更直观

AR技术首先将冲击我们目前的教学方式,或正渐渐地改变着现在的教育观念。因为 AR技术特别适用于教育,所以它能很好地符合当前提出的情境教学和构建主义教学新思想。 教育领域广泛应用 AR技术是基于“学为主体”的教学理念,它可以让学生自主探索学习各种有趣的内容,还可以鼓励学生大胆地进行实验, 即便在实验的过程中犯错也不会产生任何严重的后果。学生通过 AR可以进入一个与现实世界高度相仿的环境中, 不仅能在视觉上感受三维事物,还可以用动态的、真实的触感进行交互式学习,体验现实世界。未来的 AR技术甚至可以让学习者瞬间从一个场景进入到另一个场景, 这具有相当重大的意义。

目前,国内已经有不少企业涉足AR教育,不过多数与儿童早教有关。这是因为儿童比成年人更能接受新事物,所以AR在儿童教育方面能发挥事半功倍的作用。实际上,儿童教育的每个层面都有可能和 AR结合,包括最简单的认知层面。若孩子没见过直升机,与其用语言告诉他直升机和飞机有什么不同,倒不如用AR让他直接感知。

现在Realmax公司已经和世界级玩具公司孩之宝 Hasbro合作,开发了一款名为“孩之宝3D魔法填色乐”的涂鸦应用。 该应用可以让孩子们所画即所见,实时生成3D影像,大大增加孩子们创作和学习的积极性。

如果把儿童教育扩展到大众教育,我们就会发现, AR的优势同样无处不在。当我们拿起地球仪,整个太阳系便显现在眼前; 当我们学习化学,分子结构又栩栩如生地出现在我们的眼前……AR技术能够将虚拟信息叠加到现实世界中的特性,可以让原本枯燥的知识变成一个个生动的形象,这不仅可以提高学习者的学习兴趣,而且还能提升学习效率。 

AR让治疗更精准

在医疗保健过程中,如何减轻患者的痛苦,如何解决人们的心理健康问题,都是大家所关注的。而 AR给了医疗行业一个新的未来, 已正在悄无声息地改变着医疗行业。 新上岗的年轻医生学习手术,也许再也不用担心没有足够的实际操作机会了。他们可以随时用 AR技术模拟手术,甚至都不需要拿小动物来做临床试验了。 未来的外科医生只需戴上 AR 设备,眼前就能展现出一个现实与信息实时互动的画面,患者的每项生理数据都会显现在医生的视线里,先切除哪个部位,再切除哪个部位,一目了然,提高了手术的安全性。

目前, AR比较成熟的医疗应用是关于血管照明的,即通过 PC应用软件帮助医务人员在手术中实时查看患者隐藏的血管。此前,心脏病专家就借助谷歌眼镜疏通了一位49岁男患者阻塞的右冠状动脉。 这位患者的冠状动脉成像(CTA)和三维数据呈现在智能眼镜的显示屏上,根据这些实时放大的图像,医生可以方便地将患者的血液导流到动脉。

不同于传统手术, AR的介入就像一个“放大镜”,能直接“放大”手术创口。 患者的彩超、MRICT图像等将直接映射在手术部位,让医生能够看到肉眼难以分辨的细微之处,获得“透视”功能,大大提高手术的精准度与成功率。 

AR技术让维保更高效

对于制造企业而言,对设备进行维修维护,以保障设备的稳定运行非常重要。 然而,随着设备的集成度和复杂度越来越高,加上操作人员的经验匮乏,设备维修维护变得越来越困难。 但借助 AR技术就能够使复杂设备的维修变得直观方便,从而转变原有设备维修维护的方式,提升效率,保障质量。

以富士通公司为例,为了改善工厂设备维修维护工作人员的现场作业环境,该公司已经将 AR技术应用于自身的设备点检与24×7的服务运营中。采用 AR技术之前,工作人员通常要在点检单上手动记录温度、压力等信息,然后再将这些信息录入电脑。 如今,工作人员可以在现场用触摸屏录入信息,创建电子表格并共享近期的信息。 AR技术可以快速显示作业手册数据,并实时提供维护历史、库存状态等。现场工作人员利用AR技术提供的文本输入功能,可以快速共享信息。当工作人员进行现场点检时,无论多小的细节,都可以被记录下来。

通过AR技术,一方面工作人员可以轻松判断哪些设备运转正常, 同时结合数据分析,实现预防性的设备维护;另一方面,随着我国老龄化社会的急剧加速,具备熟练技术经验的工人越来越少,采用 AR技术,即使是能力一般、经验不足的“菜鸟”,也可以准确地完成各种各样的现场维护作业,这将有助于技术与经验的传承。 

AR技术让装修更便利

家庭装修也好, 企业装修也罢,在装修的过程中往往会发现实际的装修效果并没有预想的那样美好。各种不同材质的装修材料和不同风格的家具究竟是否搭配?有了 AR 技术,根本无需等到装修完成后才能知晓。

比如我们在一套毛坯房里,就能利用 AR技术看到想要的装修效果。我们只要将高端图像与手机内部传感器相连, AR技术就能展现物体的大小和放置位置,将沙发、桌椅等家具的摆放效果展现在我们面前。此时,我们便可以从平板电脑或手机上进行全方位实景观看,尽情挑选家具了。

同样,如果是装修一栋办公楼或者是场景布局, AR技术在家居布置上的便利性和节约成本方面的优势就更明显了。 它能让用户全方位地观看室内的家具和装饰,自由选择墙纸的风格、油漆的颜色等各个装修细节。

在现实生活中,我们可以发现,AR技术不再神秘,已经渐渐渗入到我们生活的方方面面。 在未来,随着技术的成熟和普及,说不定我们就能拥有像科幻影片《钢铁侠》中托尼﹒斯塔克一样酷炫的工作。智能终端的快速发展,陀螺仪、GPS、摄像头、重力感应器、新一代通讯模块等在智能手机中的日益普及,为基于 AR技术的应用找到了现实依托。 目前,基于AR技术的浏览器已经可以把我们的常用需求通过实景和虚景的结合呈现在用户面前,进而实现查询搜索信息、位置等多种功能。目前, AR技术在工业、军事、娱乐、医疗等领域正蓬勃发展,相信在不久的将来,我们就可以见证“虚拟照进现实”的那一天。

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