洞见 | 什么是增强现实？

• 增强现实借助硬件和软件以数字方式为用户在普通现实环境中看到新景象。

• 不同种类的硬件支持不同级别的AR体验，例如在手机上可以用简单的应用程序来查看，而流程复杂的专用头戴设备和眼镜上则可以获得更好的AR体验。

• 远程协作、交互式3D设计和有冲击力的仿真只是AR在多个行业中的一小部分用途。

AR是任何能够将数字元素叠加在用户自然视野中的技术。在消费者使用案例中，这些数字元素通常是游戏元素或视觉效果。在“工业增强现实”中，这些数字元素通常为用户提供上下文信息或以其他方式为实际环境进行注释。

这些信息可以由用户或合作者手动输入到程序中，但现在的信息越来越多地来自智能传感器等其他连接设备。在某些情况下，信息是由AR应用程序本身生成的，因为它会识别环境中的事物或图像，或者通过连接的传感器收集自己的信息。

最基本的AR应用只是以简单的形式呈现预选的媒体，其他的AR应用程序则可以以更方便的方式来实现同样的效果。例如，AR眼镜可以提供“虚拟屏幕”，让用户在免提的情况下只需要抬头就可以实现视频通话、查看消息、观看视频或玩游戏。

更高级的AR应用程序通过实时扫描环境并以正确的视角和比例将3D对象放置在其中，从而提供更好的沉浸感。例如，机器可以被精确地覆盖上数字覆盖物，或者新产品的原型可以以实时、全尺寸的3D方式投射到房间里，用于工作协作。

增强现实硬件可以是笨重的头戴设备、

专用太阳镜甚至标准手机

AR设备通常由一个半透明的屏幕组成，用户通过它来显示应用程序。也可以是一个透明的屏幕，应用程序会被投射到上面，或者一个不透明的屏幕，用来显示用户周围环境的实时视频资料，并辅以数字元素。最后一个系统称为“直通”，是最常见的形式，因为这就是AR在智能手机和平板电脑上的工作方式，而智能手机和平板电脑目前仍然是最常见的AR设备。直通指的是将现实世界的视频图像传递到设备显示屏的内置摄像头。

并非所有AR应用程序都适用于所有设备。即使是大多数相对简单的AR应用也需要能够理解深度，这有助于他们放置数字元素，使它们看起来是在用户的环境中，而不仅仅是在用户的眼前。智能手机在基于视频资料的深度识别方面越来越好。AR眼镜通常有两个间隔开的摄像头或一个深度传感器，它们协同工作以了解深度。

更高级的AR应用程序需要用到更多的硬件和软件功能，包括要能够连接到互联网并与其他智能设备通信以显示来自环境传感器等信息。其他AR应用程序通过图像和对象识别等更高级的软件生成自己世界信息。

我们都知道增强现实意味着环境的自然景象会被数字元素改变，但不会被数字元素取代。这与其他形式的“数字现实”有何不同呢？

在虚拟现实 (VR) 中，透过设备看到的内容由计算机生成。类似于真实的、物理的环境，其中会包括其他真实的实体以及真实的人，但用户看到的是虚拟环境，而不是真实环境。VR严重限制了态势感知，因此VR在工业中的使用主要限于仿真、建模、培训和其他一些不需要涉及现实世界的角色。

在混合现实中，AR、VR和视频通话用户

可以在同一个空间进行协作

混合现实 (MR) 指的是一定的范围，包括增强现实、虚拟现实和一些其他利基显示技术。这个定义可以追溯到保罗-米尔格拉姆的 “现实-虚幻”的延续。混合现实设备是一种可以同时实现VR和AR的设备。例如Meta的Quest Pro或HTC的Vive Elite XR，它们可以处理纯VR，还可以通过相机直通提供高质量的AR。

要想体验增强现实的益处，必须应用相关设备。我们已经谈到了几方面的益处，包括上下文信息和抬头显示、免提界面。

然而，即使这些好处在AR用例中也不普遍。在智能手机上运行的AR应用可以提供上下文信息，但无法仅靠抬头就能获得这些信息，也无法解放双手。一副可以显示虚拟屏幕的AR眼镜可能让您抬头就可以获得某些信息也可以让您解放双手，但这样的AR眼镜可能不会根据用户的环境显示信息。

沉浸式AR的最大且普遍的优势之一是3D数字对象在现实中可以精确放置。通过AR，您可以与数字实体互动，就像在现实世界中一样，触摸它们，在它们周围行走，并从不同角度观看它们。这使得AR成为最自然的计算机界面。

AR硬件是指为特定AR应用程序提供支持的物理组件。这些物理组件通常包括显示器、计算机和传感器。

我们已经讨论了不同类型的显示方式，包括直通显示。用户使用的屏幕用到的技术实际上类似于电视和电脑屏幕所涉及技术的简化版。第三种选择是“波导”显示器，它本身由投射数字元素的“光引擎”和投射数字元素的镜头组成。

显示器由计算机供电来运行应用程序。在某些情况下，这样的显示器会被安置在一副AR眼镜的框架内。为了缩小AR眼镜的尺寸，大部分计算都在一个配对的设备上完成—可能是智能手机。此外部计算机可以通过传输线、蓝牙或Wi-Fi进行连接。

微软的HoloLens AR头戴设备

在工业应用中应用非常广泛

AR设备还需要至少一个传感器，即摄像头，以帮助AR设备了解环境。更先进的AR眼镜通常有多个摄像头。这些相机可以实现不同的功能，如检测不同波长的光，既是为了理解场景，也是为了让穿戴者有不同的观感。还有可以显示热图和其他信息的模块化配件。

更强大的AR应用程序需要一些专门的程序来帮助其显示现实世界中的数字元素并为用户增加价值。这些功能包括识别和跟踪、定位和映射以及空间锚点。

大多数先进的AR设备都围绕同步定位和映射 (SLAM) 技术实现体验。这使设备能够动态了解用户的周围环境，以便数字元素可以放置在环境中，甚至可以由环境以对观看者更有意义的方式生成。

对象和图像识别是指设备理解该环境中 特定元素的能力。对象识别通常能够让应用程序显示该物体的特定信息，而图像识别通常可以让应用程序通过扫描图像来显示环境未触发的信息--类似于跟随文本中的链接。

跟踪可以让应用程序了解对象在空间中的位置和方向。这可以让更强大的应用程序在更动态的环境中运行，但这也是一些新兴用户界面的基础。

视觉跟踪在过去几年中取得了长足的进步

虽然对象和图像识别可以使应用程序根据环境呈现信息，但空间AR可以让用户将数字元素放置到环境的AR视图中。这些数字元素包括模型、注释或其他类型的注释，这些注释仍然“锚定”到空间中的该位置以供他们将来参考，通常也可供其他用户参考。

AR应用程序的手势控制通常直观且引人入胜，

但需要解放双手，从而限制了它们在实际用例的应用

许多工业AR应用程序和设备都使用语音控制。这些控件使用户可以与设备和应用程序进行交互，同时眼睛和手又可以正常工作。虽然有人可能认为这种界面在嘈杂的环境中会效果不佳，但麦克风和麦克风放置位置可以有效地将用户的声音与环境中的噪音隔离开来。

增强现实技术的每一个组成部分都在迅速改进。显示器的视场越来越大，而必要的能量消耗却越来越小。显示器也越来越亮，这使得它们在明亮的环境中更容易使用。显示和计算硬件的尺寸和能量需求也在下降。这就让外形变得更舒适、电池寿命更长、应该程序也可以更强大。
连接性也在改善，即使通过与远程计算机的无线连接也能提高体验性能。云计算和边缘计算等的进步还使AR眼镜能够更快地获得更多计算能力，同时减少对设备本身的内存空间、计算和渲染的需求。未来，更小、更紧凑的头戴设备成为日常、全天使用的理想选择也可以变成现实。
人们创建应用程序的方式也变得更加方便。新的工具集一直在出现，使低代码或无代码用户能够通过更直观的界面创建自己的AR应用程序。企业现在可以通过拖放轻松构建自己的AR应用程序，而不是每次都从头开始投资昂贵的开发。
随着大多数现代智能手机能够从物理对象和地点创建模型和地图，创建3D资产也变得越来越容易。

很难想象有哪个行业不会从使用增强现实中受益。然而，不同行业如何以及在哪方面可以更好地使用该技术可能存在很大差异。

从培训到装配线，再到包装和运输，制造部门的几乎每个人都可以使用不同类型的AR应用程序来处理几乎任何产品。在产品的整个开发、制造和服务过程中使用新兴技术，有助于创造一条 “数字主线”，而在产品的整个使用过程中和使用后，AR则可以将产品的物理和数字优势联系起来。

训练

工业制造工作可能只需要一个人完成一项特定任务。然而，需要每次都能完美地完成这项任务，因为这对稳定的产品和安全的环境至关重要。实践培训是这一过程的必要组成部分，但可能意味着一开始与真实的产品和工人在一起时非常痛苦。
增强现实可用于真实的物理工作环境，使用工人在工作中使用的实际工具以令人信服的方式模拟复杂情况。记录由有经验的工人执行的过程的AR设备和应用程序也可用来将知识传授给新员工。

增强现实可以通过在他们的环境视图中添加

上下文注释来让工作人员访问额外的输入和信息

增强现实还可用于为学习新场景、刷新旧场景以及在事情未按计划进行而需要进行处理时提供指导性说明。虽然一些工作流程可以实现自动化，但AR也越来越多地用于远程协助。
AR设备外部的摄像头可以向远程专家准确显示工作人员所看到的内容。通过AR设备，用户可以看到远程专家，听到远程专家的声音，也可以看到远程专家实时放置在用户环境中的注释。

监控和可视化

流水线工人并不是生产车间的唯一人员。还需要有人确保机器按预期运行，因为机器停机可能意味着所处环境变得危险和/或造成时间和产品损失。
来自机器本身的传感器和程序的信息可以在设施的可见“数字孪生”中的AR应用程序和设备中看到。除了使这些信息更易于访问和直观之外，许多应用程序还可以实现在特定数字孪生中对机器进行直接远程编程，所有这些都来自AR应用程序，以实现更大的安全性和效率。

操作和调试

数字孪生可用于大幅提高制造车间的效率，以及更无缝地将某些流程自动化。这可以帮助主管和团队设置机器和设备，并在正常操作期间让它们以更高的效率运行，并帮助他们管理更具挑战性的操作任务，如生产线转换。

质量控制

在装配线和包装这两个工序之间，可以使用AR应用程序对产品进行目视检查。理想产品的数字模型可以用于视觉检查。不仅如此，物体识别、机器学习和AR设备外部的传感器可以协同工作，检测成品中肉眼可能无法察觉的瑕疵和异常。

即使产品离开工厂车间，您仍然可以继续获得好处。考虑到在现场负责服务、维护和修理该产品的人可能不是制造该产品的人，这样就可以为这些人员带来方便。工作流程、服务订单、远程协助和带注释的虚拟模型可以提供给一线员工，提高他们的效率，当然，通常会使用相同的应用程序。
在某些情况下，公司也会向客户提供AR应用程序。虽然通常不像生产现场使用的那样功能齐全，但它们可以让客户在专家的指导下实现自助服务。

类似于允许AR设备了解用户周围环境的软件也可用于对这些周围环境进行空间记录。以这种方式映射空间可用于优化平面图、模拟紧急情况、创建虚拟培训和定向应用程序等。
当一个地方被绘制出来后，空间锚点、图像识别和其他AR工具也可以用来创建平视寻路应用程序。这些应用程序可以帮助员工和访客等轻松地找到任何经营大型园区的机构，包括制造设施、医院、学校、酒店和娱乐设施。

AR可以通过在您的视野中放置正确的

方向来帮助您找到自己的路

这些应用程序还可以将用户数据传回程序，帮助站点管理员了解人们是如何浏览这些空间的。然后，此信息可用于优化平面图，或者根据用例促成更多AR应用程序、产品或服务。

除了远程协助和“如我所见”的视频共享之外，AR还可以在许多用例中启用远程协助。其中包括在AR眼镜内显示的标准视频通话。在设计过程中创建的模型也可以由远程团队处理，在他们的设计空间中可以看到相同的虚拟模型，以及他们远程同事的虚拟表示。

就当前采用AR的情况而言，制造业可能是最大的行业之一。然而，它绝不是唯一使用AR的行业。

通过手机，学生无需购买昂贵的头戴设备

即可享受AR带来的好处

任何使用电脑或智能手机工作的人都有可能从AR中受益。一些最简单的AR应用程序涉及“屏幕镜像”——即在AR应用程序中显示智能手机或计算机的应用程序。
用一个虚拟屏幕是很方便，但某些应用程序允许将多个虚拟屏幕放置在用户周围，还可以临时放置或永久固定在他们的物理环境中。如果一个两个不够，那四五个怎么样？这与您的物理办公桌的大小无关。事实上，您甚至不需要坐在办公桌前。您的虚拟办公室可以在任何地方。

汽车作为一个行业，涵盖了从设计和制造到零售再到服务和维修的方方面面。因此，在任何给定的产品周期中，几乎所有AR用例都适用于汽车。
从设计开始，团队成员就可以在远程模型上协同工作。其中整车的概念设计以及单个零件和系统的AR CAD模型。更让人惊喜的是，这些虚拟模型随后可以在AR应用程序中“呈现”。
零件或系统的虚拟模型可用于培训新员工。它们还可以作为在制造和质量控制过程中检查物理部件的标准。虚拟模型还可用于虚拟展厅和配置器，使客户无需离开家即可身临其境地以交互的方式查看数字地板模型。

增强现实解决方案可以让消费者获得洞察力和能力，而这些洞察力和能力对于员工来说，是从使用更复杂的应用程序中获得的

汽车展厅只是AR如何在零售中发挥作用的一个示例。几乎任何东西的虚拟模型都可以让潜在的买家在他们的环境中看到一个实物。AR还可用于在产品上市前后向买家介绍和熟悉产品。
AR通常用于室内设计，以帮助购物者准确想象固定装置在其房间内如何放置，或者房间涂刷不同颜色的油漆后的样子。AR也越来越多地用于时尚零售的虚拟试穿体验，让顾客想象自己佩戴珠宝、服装、彩妆等的样子。
启用AR后，顾客甚至不需要看到实物或购买产品，但产品就已经获得了成功。启用面向消费者的AR可以成为建立品牌知名度和推动参与的强大工具。

就像可以有汽车零件的虚拟模型和装配线的虚拟孪生一样，生物系统的交互模型和真人的虚拟表示越来越多地让医疗保健提供者更好地了解患者，提升诊断和治疗条件，学习甚至执行医疗程序。
更不用说生命科学专业人士可以从AR在教育、远程协作和其他领域的应用中获得的其他好处了。

增强现实可以在许多不同的设备上以多种不同的形式展现。不同的应用程序可以帮助不同的用户实现不同的目标。对许多组织来说，确定AR如何以及在哪方面能够适合任何特定的场景仍然需要学习，但随着技术的不断发展和改进，这种情况变得越来越容易解决。