的AR行业报告

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1、前言继智能手机、平板电脑之后，虚拟现实（VR）与增强现实（AR）有潜力成为下 一个重大通用计算平台。从当前来看，更多的公司选择从 VR 领域进行切入，各大研究公司、投行针对 VR 领域的研究报告也层出不穷，相比之下，AR 领域却稍显平淡。腾讯科技旗下 VR 次元发布全球首份 AR 行业报告，在这份报告中，我们将对 AR 的发展趋势、未来的挑战、潜在应用领域、可能创造和颠覆的市场进行分析和预 测。最后，感谢亮风台研发总监吴仑博士对本报告的支持，吴仑博士撰写了 AR 工作 原理、关键技术相关章节。特别提示：微信上搜索“qqtechvr”，关注“VR 次元”微信公众号，回复“AR”， 即可获得 AR

2、 报告 PDF 版。79 / 79第一章AR 与 VRVR 和 AR 有着不同的应用领域、技术和市场机会，因此区分两者之间的不同至 关重要。从技术角度来看，AR 是将计算机生成的虚拟世界套在现实世界上，即把数字想 象世界加在真实世界之上。最典型的 AR 设备就是谷歌眼镜。这种智能眼镜将触 控板、摄像头以及 LED 显示器结合起来，通过显示器，用户可以联网，并在视 野内使用地图、电子邮件等服务。其他知名的 AR 产品还有微软的 HoloLens， 创业公司则以 Magic Leap 为典型代表。AR 具备三个主要特征：1、融合虚拟和现实：与 VR 技术不同的是，增强现实技术不会把使用者与真实 世

3、界隔开，而是将计算机生成的虚拟物体和信息叠加到真实世界的场景中来，以 实现对现实场景更直观深入的了解和解读，在有限的时间和有限的场景中实现与 现实相关知识领域的理解。增强的信息可以是与真实物体相关的非几何信息，如 视频、文字，也可以是几何信息，如虚拟的三维物体和场景。2、实时交互：通过增强现实系统中的交互接口设备，人们以自然方式与增强现 实环境进行交互操作，这种交互要满足实时性。3、三维注册：“注册”（这里也可以解释为跟踪和定位）指的是将计算机产生的虚拟物体与真实环境进行一一对应，且用户在真实环境中运动时，也将继续维持 正确的对准关系。VR 是让用户置身于一个想象出来或者重新复制的世界，或是模

4、拟真实的世界。 VR 领域主要的产品包括 Oculus、索尼 PlayStation VR、HTC Vive 和三星 Gear VR。（有关 VR 更多的情况，可关注 VR 次元微信公众号，回复“高盛”和“德 银”，分别获得高盛 VR 中文版报告和德银 VR 中文版报告）区分 VR 和 AR 的一个简单的方法是：VR 需要用一个不透明的头戴设备完成虚 拟世界里的沉浸体验，而 AR 需要清晰的头戴设备看清真实世界和重叠在上面的 信息和图像。从目前来看，AR 比较适合服务企业级用户，而 VR 同时适用于消费者和企业用 户。有些情况下，两者还会出现重叠市场。例如，目前大多数游戏基于 VR 研发， 但

5、微软也用 HoloLens 重新创作了我的世界这样的游戏。AR 发展简史AR 技术的起源可追溯到“VR 之父”Morton Heilig 在上个世纪五、六十年代所 发明的 Sensorama Stimulator。Heilig 是一名哲学家、电影制作人和发明家。他利用他在电影拍摄上经验设计出了 Sensorama Stimulator，并在 1962 年获得了专利。Sensorama Stimulator 使用图像、声音、风扇、香味和震动，让用户感受在纽 约布鲁克林街道上骑着摩托车风驰电掣的场景。尽管这台机器大且笨重，但在当 时却非常超前。令人遗憾的是，Heilig 没有能够获得所需的资金支持

6、让这个发明 商业化。AR 历史上的下一个重大里程碑是第一台头戴式 AR 设备的发明。1968 年，哈佛 副教授 Ivan Sutherland 跟他的学生 Bob Sproull 合作发明了 Sutherland 称之为“终极显示器”的 AR 设备。使用这个设备的用户可以通过一个双目镜看到一个简单三维房间模型，用户还可以使用视觉和头部运动跟踪改变视角。尽管用户 交互界面是头戴的，然而系统主体部分却又大又重，不能戴在用户头上，只能悬 挂在用户头顶的天花板上。这套系统也因此被命名为“达摩克利斯之剑”。尽管这些早期的发明属于 AR 的范畴，但实际上，直到 1990 年，波音公司研究 员 Tom Ca

7、udell 才创造了“AR”这个术语。Caudell 和他的同事设计了一个辅 助飞机布线系统，用于代替笨重的示例图版。这个头戴设备将布线图或者装配指 南投射到特殊的可再用方板上。这些 AR 投影可以通过计算机快速轻松地更改， 机械师再也不需要手工重新改造或者制作示例图版。大约在 1998 年，AR 第一次出现在大众平台上。当时有电视台在橄榄球赛电视 转播上使用 AR 技术将得分线叠加到屏幕中的球场上。此后，AR 技术开始被用 于天气预报天气预报制作者将计算机图像叠加到现实图像和地图上面。从那时起，AR 真正地开始了其爆炸式的发展。2000 年，Bruce H. Thomas 在澳大利亚南澳大学

8、可穿戴计算机实验室开发了 第一款手机室外 AR 游戏ARQuake。2008 年左右，AR 开始被用于地图等 手机应用上。2013 年，谷歌发布了谷歌眼镜，2015 年，微软发布 HoloLens， 这是一款能将计算机生成图像（全息图）叠加到用户周围世界中的头戴式 AR 设 备，也正是随着这两款产品的出现，更多的人开始了解 AR。AR 硬件概览AR 硬件发展的驱动力源于计算机处理器、显示技术、传感器、移动网络速率、 电池续航等多个领域的技术进步。目前能够确定的 AR 硬件类型有以下几种： 手持设备（Handheld Devices） 固定式 AR 系统（Stationary AR System

9、s） 空间增强现实（SAR）系统（Spatial Augmented Reality Systems） 头戴式显示器（Head-mounted Displays ，即 HMD） 智能眼镜（Smart Glasses） 智能透镜（Smart Lenses）手持设备智能手机正是手持设备的代表。我们正经历着智能手机、平板电脑等手持设备的 大爆炸时代，这将会促进 AR 的普及。这些设备正在变得越来越好显示器分 辨率越来越高，处理器越来越强，相机成像质量越来越好，传感器越来越多，提 供着加速计、GPS、罗盘等等功能这些成为了天然的 AR 平台。尽管手持设 备是消费者接触 AR 应用最为方便的形式，但由于

10、大部分手持设备不具备可穿戴 功能，因此用户无法获得双手解放的 AR 体验。固定式 AR 系统俄罗斯一家 Topshop 内的固定式 AR 衣橱固定式 AR 系统适用于固定场所中需要更大显示屏或更高分辨率的场景。与移动 AR 设备不同的是，这些极少移动的系统可以搭载更加先进的相机系统，因此能 够更加精确地识别人物和场景。此外，显示单元往往能呈现出更加真实的画面， 而且受阳光或照明等环境因素影响较小。空间增强现实（SAR）系统大众公司的 SAR 系统与其它所有系统不同的是，空间增强现实（SAR）系统的虚拟内容直接投影在现实世界中。SAR 系统往往固定在自然中。任何物理表面，如墙、桌、泡沫、木块 甚

11、至是人体都可以成为可交互的显示屏。随着投影设备尺寸、成本、功耗的降低 以及 3D 投影的不断进步，各种全新的交互及显示形式正在不断涌现。SAR 系统 最大的优点在于，现实世界的反射在这里更加精确，即虚拟信息能够以实际的比 例和大小呈现在眼前。此外在观看人数较多时，内容也能看清，这个案例可以用 来实现同步办公。头戴式显示器（HMD）佳能的混合现实头戴设备HMD 代表着另一种快速发展的 AR 硬件类型。HMD 由一个头戴装置（如头盔）， 以及与之搭配的一块或多块（微型）显示屏组成。HMD 将现实世界和虚拟物体 的画面重叠显示在用户视野中。换而言之，用户不会直接看到现实，看到的是现 实的增强视频画面

12、。如果显示屏只覆盖用户的一只眼睛，这样的 HMD 称为单眼HMD，另一种是两只眼睛都看显示屏的双眼 HMD。先进的 HMD 通常能够搭载具有很高自由度的传感器，用户可以在前后、上下、左右、俯仰、偏转和滚动 六个方向自由移动头部。该系统因此能够实现虚拟信息与现实世界的贴合，并根 据用户头部移动作做相应的画面调整。智能眼镜Vuzix M100 智能眼镜消费电子行业的许多公司认为，智能眼镜将会成为智能手机后下一大全球热卖消 费产品。这些 AR 设备实际上是带有屏幕、相机和话筒的眼镜。根据这一概念， 用户的现实世界视角被 AR 设备截取，增强后的画面重新显示在用户视野中。AR 画面透过眼镜镜片，或者通

13、过眼镜镜片反射，从而进入眼球。智能眼镜技术最为 突出的例子是谷歌眼镜和 Vuzix M100。不过，目前开发中的最令人激动的智能 眼镜要数 Atheer One该智能眼镜配有 3D 景深传感器，用户可以实际控制 眼前显示的虚拟内容。智能透镜华盛顿大学开发的透镜中含有金属电路结构智能眼镜绝不是故事的结局。越来越多的研究投入到能显示 AR 画面的智能透镜 上；微软、谷歌等公司也正忙于宣布自己的智能透镜项目。智能透镜的理念是在传统透镜中集成控制电路、通信电路、微型天线、LED 及其 它光电组件，从而形成一套功能系统。未来或许可以用成千上万颗 LED 直接在 眼前形成画面，从而让透镜变成显示屏。然而，

14、还必须克服一系列难题，比如说 如何给透镜供电，如何保证人眼不受伤害等等。在这一章的最后，我们简单看下 AR 技术会应用到哪些领域：考古：在古代遗迹上显示遗迹原本的样子。艺术：跟踪眼球移动并将这些移动显示在屏幕上，帮助残疾人进行艺术创作。商业：显示产品的多种定制选项或者补充信息。教育：将文本、图像、视频和音频叠加到学生周围的实时环境中。时尚：显示不同的妆容和发型用在一个人身上的效果。游戏：运用真实世界环境让用户在游戏中进行互动，获得不同的体验。医药：通过虚拟 X 光将病人的内脏器官投射到他们的皮肤上。军事：使用 AR 眼镜向士兵展示战场中出现的人和物体，并附上相关信息，以帮 助士兵避开潜在的危险

15、。导航：将道路和街道的名字跟其他相关信息一起标记到现实地图中，或者在挡风 玻璃上显示目的地方向、天气、地形、路况、交通信息，提示潜在危险。体育：显示橄榄球场的得分线、高尔夫球的飞行路线和冰球移动的轨迹。电视：在天气预报中显示天气视觉效果和图像。第二章AR 的工作原理AR 介于 VR 和真实世界之间，VR 创造逼真的虚拟世界，AR 则将图形、声音、 触感和气味添加到真实的世界中。在介绍 AR 的工作原理之前，我们先通过一个例子，让大家有一个简单的认识。在 2009 年 2 月的 TED 大会上，帕蒂梅斯（Pattie Maes）和普拉纳夫米斯特 莱（Pranav Mistry）展示了他们研发的 AR 系统。该系统属于麻省理工学院媒 体实验室流体