AR应用场景和技术方案
2022-06-13

AR技术也被称为虚拟现实技术。AR技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术,广泛运用于多媒体、智能交互、传感等多种技术手段,将计算机生成的文字、图像等虚拟信息模拟仿真后应用到真实世界中。

AR技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术,广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段,将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后,应用到真实世界中,两种信息互为补充,从而实现对真实世界的“增强”。

 

工作原理:

AR的三大技术要点:三维注册(跟踪注册技术)、虚拟现实融合显示、人机交互。其流程是首先通过摄像头和传感器将真实场景进行数据采集,并传入处理器对其进行分析和重构,再通过AR头显或智能移动设备上的摄像头、陀螺仪、传感器等配件实时更新用户在现实环境中的空间位置变化数据,从而得出虚拟场景和真实场景的相对位置,实现坐标系的对齐并进行虚拟场景与现实场景的融合计算,最后将其合成影像呈现给用户。

用户可通过AR头显或智能移动交互设备采集控制信号,并进行相应的人机交互及信息更新,实现增强现实的交互操作。

其中,三维注册是AR技术之核心,即以现实场景中二维或三维物体为标识物,将虚拟信息与现实场景信息进行对位匹配,即虚拟物体的位置、大小、运动路径等与现实环境必须完美匹配,达到虚实相生的地步。

 

目前,ar的结束方案主要有三个:google开发的ARCore,苹果的arkit,以及高通的vuforia。

他们的优缺点:

ARKit:你只能为 iPhone 和 iPad 开发 AR 应用程序。更具体地说,从 iPhone 6s 开始的 iPhone 和从 iPad Pro 开始的 iPad。 

虽然这似乎令人失望,但至少有以下三个原因:

  • 原因#1:你仍然可以在使用Unity 的 AR Foundation 框架为其他平台进行开发时使用 ARKit。
  • 原因#2:AppStore 更加商业化。尽管世界上有更多的 Android 小工具,但 Apple 用户在 AppStore 上的花费Google Play Store Market 上的1.9 倍。 
  • 原因#3:鉴于Apple 软件与 Apple 硬件密切相关,当你使用 ARKit 为 iOS 设备进行开发时,可能会遇到较少的摩擦。 

ARKit 于 2017 年与 IOS 11 一起发布。 当时,在开发 AR 应用程序时,你应该使用 Apple 的 SceneKit 开发框架,该框架构建了 ARKit 的第一个版本。 

鉴于SceneKit 于 2012 年发布,早在 AR 兴起之前很久,它对于严格的 AR 应用程序和更高级的游戏引擎(如 Unity)来说效率较低。然而,它完成了一段时间的工作,大多数开发人员使用它来将 AR 体验添加到他们的 3D iOS 应用程序中。

AR框架比较指南:最近,发生了很多变化。虽然 SceneKit 在去年几乎为零更新,但就在几个月前,Apple 发布了第三版 ARKit,其中包含一个新的仅限 AR 的框架 RealityKit。

ARKit 3 具有多项新功能,例如:

  • 人物遮挡:3D AR 内容真实地穿过现实世界中的人的身后和身前
  • 一次最多追踪三张脸
  • 动作捕捉:使用姿势和手势作为AR 应用程序的输入,创建直接与人体动作交互的内容

ARKit 3 的另一个突出特点是Reality Composer。简而言之,Reality Composer 是一种可视化工具,可让你快速将 3D 对象添加到场景中,而无需过多的编码或建模。 

使用Reality Composer,你可以通过将 AR 内容添加到你的应用程序中来创建快速的 AR 原型。

什么是ARCore?

简而言之,ARCore是谷歌对苹果 ARKit 的回应。它是一个用于创建增强现实应用程序的开发平台,于 2018 年初发布。 SDK 在 Google Play Services for AR 上运行,在下载开发工具之前,你必须同意其条款和条件。 

ARCore 是 Google 第一个增强现实计算平台 Tango(或也称为 Project Tango)的继承者。该平台支持 4 年,直到谷歌于 2018 年 3 月 1 日关闭支持以支持 ARCore 平台。 

哪个AR框架最好?起初,ARCore 主要关注 Android 作为创建 AR 体验的主要平台。鉴于两者都是由谷歌开发的,这个目标是很自然的。

然而,在过去两年中,ARCore 的影响范围扩大了。如今,ARCore 具有多个 API,可让你为 iOS 和 Android 创建 AR 功能体验。

该平台还可以与流行的游戏引擎Unity3D 和 Unreal Engine 一起使用。

AR框架比较指南:ARCore 提供了三个主要功能,可让你构建强大而丰富的 AR 项目:

  • 运动跟踪:不仅要将虚拟对象放入现实世界,还要确保它们从各个角度看起来都逼真,这一点至关重要。ARCore 通过将渲染 3D 内容的虚拟 3D 摄像头与设备的摄像头对齐来确保这一点(第一次会要求你在手机上打开摄像头权限)。
  • 环境理解ARCore 检测平面和特征点,因此你可以将虚拟对象正确地放置在真实的平面上。例如,桌子或墙壁上的物体。
  • 光线估计:使用手机的摄像头,ARCore 可以检测物理世界中当前的光照位置。然后 ARCore 以与真实物体相同的方式照亮虚拟物体,增加了真实感。

 

 

如何使用ARCore

由于ARCore 在 Android、iOS 和游戏引擎环境中具有多个 API,因此确切的 ARCore 工作流程将取决于你的目标平台。 

例如,要将ARCore 与 Unity3D 一起使用,你需要安装ARCore Unity SDK。对于Unreal Engine 4,你必须Google 的存储库克隆或添加到你当前的UE 项目中。

幸运的是,developers.google提供了关于如何在所有支持的平台中使用ARCore 的大量文档。Google 会不断更新其网站上支持的设备列表,因此请务必检查你的目标设备是否支持ARCore。

你可以按照以下教程在Unity 中构建简单的 ARCore 应用程序。该视频演示了一种交互式报纸,其体验类似于《纽约时报》AR 应用程序中的体验:

使用ARCore 开发的项目

几乎所有使用ARKit 开发的 AR 应用程序都有使用 ARCore 开发的对应应用程序。然而,谷歌正在积极地用 AR 功能丰富他们的原生应用程序,从而在他们的生态系统中激发新一代的 AR 项目。

下面是其中的一些例子。

导航系统

2018 年以来,谷歌一直在谷歌地图中展示增强现实体验。

它就像一个魅力——只需打开谷歌地图实时视图,当你的相机指向一个物理位置时,方向就会出现。

Vuforia

什么是Vuforia?

Vuforia 是市场上历史最悠久的 AR 公司之一。在 2015 年被 PTC Inc. 收购后,Vuforia 扩展了其面向 AR 的工具系列。这些工具现在包括Vuforia EngineVuforia Studio 等产品,它们都用于AR 应用程序的开发。

当前的第8 版 Vuforia Engine 展示了无标记 AR 的进步。这意味着与 Vuforia Engine 的先前版本相比,你放置在物理环境中的虚拟对象更加稳定。

它还提供模型目标,这是一项允许从多个视图识别多个模型的功能。即刻。

观看这段12 秒的视频,了解它是如何工作的。

以下是可用于运行Vuforia Engine 项目的设备列表

 

 

2017 年以来,Vuforia Engine 已直接与 Unity3D 集成,可以更轻松地直接在游戏引擎内创建 AR 项目。

你还可以通过XCodeVuforia Engine 与 iOS 、通过Vuforia Android SDK 的Android Studio和 Visual Studio 一起使用。

另一方面,Vuforia Studio是一个独立的拖放应用程序,用于构建AR 体验,无需大量编程或设计技能。

 

 

为了节省时间,你可以使用以前创建的3D CAD 和动画序列。然后,你可以将它们与 2D 内容结合起来,以创建诸如 AR 演示之类的内容,并在你的设备屏幕上弹出说明。

如何使用Vuforia

Vuforia Engine 主要用于 Unity3D 游戏引擎,因此你可以在 Unity3D 官方论坛Vuforia网站上找到大量的开发文档。 

下面是一个基本教程,将教你如何使用Vuforia Engine 8 和 Unity3D 的游戏引擎在房间的地板上放置一个虚拟盒子:

使用Vuforia 开发的项目

以下是使用Vuforia Engine 开发的一些最有趣的 AR 应用程序。 

医疗诊断

Vuforia 开发人员能够创建一个医疗AR 应用程序,该应用程序将患者的3D 打印心脏作为标记模型,并在其上构建多层解剖结构。检查心脏的医生然后能够观察心脏的特定点,从而详细研究该患者的主动脉夹层。

AR 应用程序允许医生只 3D 打印心脏的特定部分,而不必花时间 3D 打印完整的病理。通过只打印他们需要的东西,医生可以只关注最重要的领域。 

该应用程序的未来版本可能包括完全动画和跳动的心脏,以便临床医生可以在3D 打印模型上以数字方式练习他们的超声心动图技能。

 

 

 

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