教育信息化 | New Way To See The World——AR/VR技术与教育应用（连载一）
增强现实技术（AR）和
虚拟现实技术（VR）
前言
大量新技术以我们意想不到速度不断涌现。对于一项新技术，了解的人越多，这项技术的发展就越有后劲；对于我们而言，了解的新技术越多，就越增强解决问题的能力，在教育实践中运用新技术新方法，真正实现科技改变教育未来。感谢苏州梦想人软件科技有限公司的老师撰写了系列文章向我们介绍了VR/AR技术的起源与应用。
起源与定义
增强现实技术（AR）和虚拟现实技术（VR）是近年来兴起的两项新型人机交互技术，有潜力成为继智能手机、平板电脑之后的下一代重大通用计算平台。
（一）起源
一般认为，AR/VR的起源，可以追溯到上世纪五、六十年代。哲学家、电影制作人和发明家Morton Heilig利用在电影上的拍摄经验设计出了一款名叫Sensorama Stimulator的机器。Sensorama Stimulator可使用图像、声音、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，但在当时非常超前。以此为契机，AR/VR也展开了它们的发展史。
（二）VR的定义
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术，是指采用计算机技术为核心的现代高科技手段生成一种虚拟环境，用户借助特殊的输入/输出设备，与虚拟世界中的物体进行自然的交互，从而通过视觉、听觉和触觉等获得与真实世界相同的感受。
VR技术是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面，综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。
VR技术基本原理如下图：
VR技术创建出与现实场景极其相似的三维立体环境，融合多种信息来源，使用户能够更加沉浸到环境中去，其特点在于交互性强，全景浸入，以及有更真实的体验快感。
（三）AR的定义
增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术，是在VR技术基础上发展起来的一种利用计算机系统产生三维信息来增强用户对现实世界感知的新技术。
简单来说，AR是一种将虚拟影像实时叠加到现实影像中的虚实融合技术，是对现实的增强。美国学者RonaldT. Azuma 总结了AR的三个显著特点：虚实融合、实时交互、三维定位，其中三维定位是最重要的特征。
AR技术基本原理如下图：
与VR技术不同的地方在于，AR技术更强调我们所在的真实世界与虚拟世界信息的叠加，它能够将我们无法感受到的另一个时空的信息添加到创建的环境中，使我们能够得到超越现实的感官体验。可以说，AR技术对于VR技术能够起到一定的辅助完善作用，它把计算机带入到用户的真实世界中，通过听、看、摸、闻虚拟信息，来增强对现实世界的感知，可以与现实生活中各类信息紧密结合，实现信息快速发掘、特殊场景展示等各种应用。
目前，各大院校和研究机构都在积极开展AR/VR技术研究，AR/VR技术将会在众多领域得到广泛应用。
AR的展现形式
广义地来看，“增强现实”早已覆盖生活中的方方面面，比如在树干上覆盖LED灯，营造艺术效果；比如在鬼屋里放置一些声源，制造恐怖气氛；甚至喷香水，都是对现实的增强，提升人视觉、听觉、嗅觉等感官上的感受，这些都是用实物来增强现实，显得没那么有科技感。
通常所说的“增强现实”，指的是用虚拟内容来做视觉上的增强，通过屏幕或投影设备来显示。比如常见的通过手机扫描展示3D模型动画、播放视频等。
目前，AR主要有以下展现形式：
（一）3D模型
3D模型是AR技术最基本的展现形式，分为静态或动态，如动漫人物、建筑、展品、家具等。目前，国内AR行业正属于前期发展阶段，3D模型表现形式主要应用于一些AR初级移动APP中。
（二）视频
相对于简单的3D模型，酷炫的视频展示无疑更能博人眼球。比如，本来是普通的产品安装说明、菜单讲解、宣传单介绍，一旦应用AR技术，那么它就不再是一张平面的图片，而表现出立体形象了，表述也变得准确生动起来。
不过，利用AR技术实现视频播放并不难，难的是如何制作一段适合AR情景播放的视频，这就需要与应用的场景和内容进行紧密结合了。
（三）场景展现
场景展现虽然类似于多个3D模型的叠加，但实现起来要比单一3D模型复杂的多，场景里包含的更多，应用范围也更加广阔。比如娱乐、立体阅读、游戏等应用都会需要场景展现，当然这类场景的建设需要内容的支持。
同时，AR的场景展现也不同于VR建造的全场景，AR场景展现是基于现实并与现实相互交错的，VR则是纯虚拟场景，需要借助特定的VR装备来进行与虚拟场景的交互，如位置跟踪器、数据手套、动捕系统、数据头盔等。
（四）游戏
AR技术在游戏方式方面也带来了巨大的革新，比如《Pokemon Go》、《小龙斯派罗》、《幻实新英雄卡》等，都是非常热门的AR游戏。
未来，AR或许能让游戏摆脱场地与空间的束缚，可以随时随地开始，不再需要复杂的场景建模，而是在真实的世界里游戏，同时在真实的世界里又能出现许多虚拟叠加进去的事物，创造出更具真实感的游戏体验。
（五）大屏互动
大屏互动作为AR技术展现的延伸，具有令人震撼的表现效果，主要应用于商场、博物馆、体验馆、大型活动(演唱会)等。简单来讲，大屏互动就是AR技术加投影，营造更为真实、震感的场景和氛围。
（六）VR结合
AR与VR技术共同丰富着我们的现实世界，AR技术旨在增强我们所处世界的内容，而VR技术则是将我们的注意力从现实中转移到一个虚拟的空间。
AR和VR相结合，会创造更好的体验。比如有了VR设备+AR显示，你也不在需要导游或者讲解员了，借助VR，让AR所反馈出来的增强信息会实时地出现在你所聚焦的物体旁边，告诉你这是什么，甚至还会告诉你关于它的详细信息。未来像这样的结合还可以体现在导航、医疗等领域。
参考文献：
1、《虚拟现实技术与增强现实技术》，郭亦洁，《电子技术与软件工程》2018年第05期。
2、《虚拟现实（VR）与增强现实（AR）的技术原理及区别》黑特斯智能穿戴，2018-11-01，https://www.vrzy.com/vr/107068.html。
3、《这是全球首份AR报告 2万字告诉你它为什么比VR还酷》VR次元，2016-04-26，
https://games.qq.com/a/20160426/033972_all.htm#page1。
封面图片 / 摄图网
图文 / 苏州梦想人软件科技有限公司
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