2012年9月24日上午，首屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)年會在北京國家會議中心舉行。本屆年會吸引了來自衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)各個領(lǐng)域的眾多代表以及關(guān)注該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人士參加。武漢大學(xué)原校長、中國工程院院士劉經(jīng)南發(fā)表了題為《增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)及其在導(dǎo)航和位置服務(wù)中應(yīng)用探討》演講。

武漢大學(xué)原校長、中國工程院院士劉經(jīng)南

　　以下為年會文字實(shí)錄：

　　增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是最近幾年發(fā)展得非?？斓囊粋€技術(shù)，我這張智能手機(jī)的截圖就是一個增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的立體，首先這是一個全景攝影的圖，一般手機(jī)攝像機(jī)不可能有這么大的市場，它是通過現(xiàn)實(shí)和虛擬組合在一起的，左邊是現(xiàn)實(shí)的房子，右邊棕色的房子是虛擬的現(xiàn)實(shí)，把它疊加到現(xiàn)實(shí)的場景上，而且在這個圖上還有很多標(biāo)記，記出了一些肉眼暫時看不到的信息，這樣一種把虛擬場景和現(xiàn)實(shí)場景疊加在一起的技術(shù)，而且實(shí)現(xiàn)是一種無縫的拼接，坐標(biāo)系等等嚴(yán)格的拼接，這個就叫做增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。我將分幾個方面來給大家講，它的概念、發(fā)展、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用以及帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

　　增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)有不同的定義，有一種說是實(shí)時的計算機(jī)、攝影機(jī)影像位置及其角度，并加上相應(yīng)的圖像技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上，把虛擬的世界套在現(xiàn)實(shí)世界，并進(jìn)行互動，這是維基百科定義的，另外一個定義來自百度：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是一個時間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息，包括聲音、味道、觸覺到，通過科學(xué)技術(shù)模擬方針以后，再疊加到現(xiàn)實(shí)世界被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)，這是兩個不同的定義，我認(rèn)為第二個定義更準(zhǔn)確一些，通過計算機(jī)使用將感官信息，包括聲音、觸覺等等以及導(dǎo)航定位信息技術(shù)直接間接的投射到現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)是通過仿真等多種信息，增強(qiáng)對當(dāng)前現(xiàn)實(shí)的感知并與之互動，而虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)在要把現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界拼在一起，但是虛擬現(xiàn)實(shí)主要是講現(xiàn)實(shí)世界用純粹的模擬仿真的計算機(jī)產(chǎn)品來替代。所以右邊這個圖是虛擬現(xiàn)實(shí)，而左邊這個智能手機(jī)所看到的是在攝影機(jī)上面和其他虛擬的東西疊加在一起的，它是一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。

　　根據(jù)這樣一個定義，我們說增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)包括三個方面，第一個是虛擬和現(xiàn)實(shí)的結(jié)合，比如說這個手上就有一個人在打棒球，實(shí)際上是一個書上的一個內(nèi)容，它通過三維投影或者全息顯示可以在自己的實(shí)體看得出來。第二個是實(shí)時互動，也就是說我們?nèi)嘶蛘呶锱c環(huán)境的互動，我們的手勢互動，這個女孩在攝像機(jī)里面和遠(yuǎn)程的一個商店在試衣服，就是實(shí)際和虛擬的衣服，在那里挑衣服，這是將來電子商務(wù)非常需要的東西。第三個就是把真實(shí)和虛擬的全方位、無縫的拼接起來，另外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)際上是現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的連續(xù)統(tǒng)一，無縫連接和信息深度服務(wù)。所以它是現(xiàn)實(shí)世界到虛擬世界的無縫連接，之間它的深度和在一起，可以從1%到100%，這樣一個聯(lián)系的來融合，實(shí)現(xiàn)混合現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。

　　那么這樣一個實(shí)現(xiàn)虛擬場景和真實(shí)場景的疊加一般的流程，就是把虛擬場景和真實(shí)場景進(jìn)行融合，我們形成一個這個人好象坐在地球旁邊在玩兒地球，他的手上就有傳感器，他一摸這個地球就會轉(zhuǎn)，他要指到那里，地球就到那里，然后告訴那個地方發(fā)生了什么事件，這是現(xiàn)在做氣象預(yù)報增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的一種方式。

　　增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的價值在于能為我們提供現(xiàn)實(shí)中無法直接獲取的信息，這些信息讓每個人眼中的世界更加多樣化，反過來又符合我們個性的需求。目前的LBS服務(wù)，目前已經(jīng)做到街景，但是手機(jī)上的街景只是我們拍到的，它的深度內(nèi)容它并不知道，比如我們街道上還有很多傳感器、攝像頭、錄音設(shè)備等等，以及現(xiàn)在的信息樁等等，這些都沒有在街景上體現(xiàn)出來，所以這就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)要解決的問題。

　　所以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的LBS服務(wù)，可以直接利用多視角的攝像頭等感知設(shè)備來做到道路、建筑與內(nèi)外部辨識，我們肢體動作控制，社會信息推送，并及時疊加到割裂三維多媒體信息內(nèi)容，這樣的效果就更直觀，內(nèi)容更豐富，比如我們身上帶一個增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的投影設(shè)備，我們看到報紙是介紹美國未來的臺風(fēng)情況，我們這個投影設(shè)備馬上按個電紐，就可以在報紙相關(guān)內(nèi)容旁邊，來源介紹美國未來兩三天的氣候以及臺風(fēng)的走向，非常直觀，可以直接在報紙上顯示，這就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。

　　美國一個科技知名公司認(rèn)為，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將成為人類技能增進(jìn)的一部分，同三維、立體顯示與全息顯示，自動內(nèi)容識別，語言問答，語言翻譯及大數(shù)據(jù)、游戲化、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云計算、NFC、手勢控制等融合以后走進(jìn)尋常百姓家。

　　美國一家調(diào)查公司在最新公布的報告中，隨著具備增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能的智能手機(jī)的迅速普及，預(yù)計到2015年，全球移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用程序和服務(wù)兩項收入將接近15億美元，僅次于位置搜索和游戲它的市值，這就說明它發(fā)展得很快。實(shí)際上這不是遙遠(yuǎn)的東西，已經(jīng)在走進(jìn)我們生活，目前在微軟、蘋果、谷歌手機(jī)上應(yīng)該出現(xiàn)了應(yīng)用，以及在泛在測繪的場景分析中多次應(yīng)用。

　　下面我們介紹一下它的技術(shù)發(fā)展歷程，68年麻省理工學(xué)院一位教授制造出第一臺光學(xué)穿透式頭形顯示屏、80年代在大學(xué)機(jī)構(gòu)開展，90年代初期，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這樣一個詞，由波音公司這位工程師提出的，它是用于顯示電路以及管線的連線路線，以及布線，大家知道波音飛機(jī)管道線路非常復(fù)雜，所以用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)就能夠便于理解和工人來在實(shí)地進(jìn)行布設(shè)。93年加州大學(xué)開發(fā)了聽覺增強(qiáng)的戶外導(dǎo)航系統(tǒng)，幫助盲人語音導(dǎo)航，而現(xiàn)在語音導(dǎo)航也是一個增強(qiáng)系統(tǒng)，已經(jīng)在很多車載上有這個功能了。97年哥倫比亞大學(xué)的一個人開發(fā)了第一代移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，就是這樣一個導(dǎo)游的機(jī)器，用于校園的導(dǎo)航，它只要戴上這個GPS，加上穿戴式的顯示設(shè)備和攝影機(jī)，就可以看到周圍的房子，而且與看不到的房子和我要去的地方的關(guān)系就展示在圖上，引導(dǎo)你到那個位置去。01年希臘電信的一些人開發(fā)了基于移動目前移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的文化遺產(chǎn)導(dǎo)航系統(tǒng)，用戶通過GPS定位及無線通信，在歷史遺址上感到古老建筑的3D模型。

　　02年奧地利格拉茲大學(xué)的一個人開發(fā)了基于移動增強(qiáng)的實(shí)現(xiàn)室內(nèi)標(biāo)記的定位系統(tǒng)，就是在室內(nèi)若干系統(tǒng)標(biāo)上去。

　　世界上第一個移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是諾基亞研究院開發(fā)的，它是在配備了傳感器和攝影機(jī)的手機(jī)上實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，這是手機(jī)上的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的地圖。07年牛津大學(xué)一些專家開發(fā)了實(shí)時追蹤與繪圖并發(fā)進(jìn)行的小空間增強(qiáng)顯示系統(tǒng)。08年隨著蘋果手機(jī)等一些智能設(shè)備的到來，增強(qiáng)了增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用。內(nèi)容應(yīng)用的功能更為強(qiáng)大，在手機(jī)上可以引導(dǎo)用戶找到周圍的ATM機(jī)和找到現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的建筑。這兩個應(yīng)用都是通過GPS的電子模盤來計算信息，將信息疊加到畫面中，以達(dá)到真實(shí)的效果。

　　09年哥倫比亞大學(xué)另一位教授開發(fā)了移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的城市社及規(guī)劃輔助軟件Sitelens。2010年11月，微軟推出了三維體感攝影機(jī)，利用光編碼技術(shù)獲得空間中不同機(jī)理的衍射斑點(diǎn)，以對空間進(jìn)行標(biāo)記，從而確定其中物體的位置。去年3月臺灣工研院采用相機(jī)貞烈捕獲物體信息，將電視技術(shù)與三維技術(shù)相融合，就是有些電視我們不需要去現(xiàn)場看，只要把現(xiàn)場的東西錄下來弄到室內(nèi)和室內(nèi)環(huán)境疊加在一起，起到節(jié)省成本的作用，而且觀眾也并不會感覺到它的虛假性。今年9月份諾基亞增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用City Lens正式登陸windows Phone應(yīng)用市場。

　　增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究范圍十分廣泛，涉及到信號處理、計算機(jī)圖形和圖象處理、人機(jī)界面和心理學(xué)、移動計算、計算機(jī)網(wǎng)、云計算等等各個領(lǐng)域，比如賊個HMD原理就是把虛擬圖像和現(xiàn)實(shí)環(huán)境結(jié)合在一起，而且關(guān)鍵是它可以動態(tài)的配景。像這個頭盔比較重，也比較貴，現(xiàn)在有一種比較方便的穿戴式光學(xué)顯示器，就是谷歌開發(fā)的，它在眼睛右半部，包括麥克風(fēng)、陀螺儀、GPS、WiFi等等來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用。2013年Google Glass很可能還將實(shí)現(xiàn)類似全息圖像的顯示。另外現(xiàn)在還有一種技術(shù)，就是裸眼3D，不戴任何眼鏡、頭盔等等，直接用肉眼來看3D，它通過兩種原理，就是光分別直射到你的兩眼，形成立體，但是缺點(diǎn)是眼睛移動范圍不能太大，所以這個東西將來使的人體姿態(tài)移動更大范圍內(nèi)，是它目前解決的技術(shù)難點(diǎn)。

　　全息攝影，利用光涉衍射來增強(qiáng)三維顯示。另外2012年北京車展，豐田車的發(fā)布，用全息投影形成一個行車助手，通過語言和駕駛者交流來提供信息，這是今年北京車展提供的一個新產(chǎn)品，當(dāng)然還有一些空間顯示技術(shù)，就是利用一個數(shù)字投影設(shè)備，把要投影的鍵盤就投影在手上，我的手就變成鍵盤了，這些都是虛擬和現(xiàn)實(shí)結(jié)合在一起完成的功能。這里的關(guān)鍵技術(shù)就是有一些圖象識別技術(shù)，我們一個圖像要放到一個固定位置上去，這個簡單技術(shù)在某些固定位置放一些標(biāo)記，對標(biāo)記進(jìn)行識別，標(biāo)記是一個添置，我就把這個圖像放上去，還有自然圖象識別，通過對攝影圖像進(jìn)行解析，識別各種物體。還有圖像特征技術(shù)，這也是攝影測量當(dāng)中的技術(shù)，把一些特征點(diǎn)提出來，不同影像當(dāng)中進(jìn)行匹配，和現(xiàn)實(shí)攝影的東西進(jìn)行匹配，使得虛擬圖象合現(xiàn)實(shí)圖像進(jìn)行組合，還有相關(guān)的一些技術(shù)，主要是GNS的輔配技術(shù)，通過GNS取得高精度的坐標(biāo)，通過地磁電子指南針取得方向和傾斜角度，最后根據(jù)這些位置信息獲取相關(guān)的匹配信息后疊加顯示。定位匹配是絕對定位，匹配是相對定位，計算機(jī)界叫做跟蹤與注冊技術(shù)，實(shí)際上和我們叫的是一個意思，就是對目標(biāo)物體進(jìn)行識別，計算機(jī)設(shè)備相對于位置，基于傳感器等等的應(yīng)用。

　　這里面還有人機(jī)交互技術(shù)，人機(jī)交互有菜單的方式，有特殊標(biāo)記方式，有體感方式，直接用人體肢體動作和手勢，跟周邊環(huán)境進(jìn)行互動，并且進(jìn)行高保真的通訊。

　　下面介紹一下應(yīng)用領(lǐng)域，這個是從波音飛機(jī)開始應(yīng)用的，還可以應(yīng)用于作戰(zhàn)體系，對戰(zhàn)場環(huán)境進(jìn)行分析，幫助飛行員找準(zhǔn)目標(biāo)等等。電影行業(yè)是源自于《阿凡達(dá)》把虛擬場景和現(xiàn)實(shí)場景融合在一起，實(shí)現(xiàn)低成本攝影和幻想的攝影，還可以在學(xué)習(xí)上提高應(yīng)用，小孩看一本書，這本書是文字的，但是他帶來一些設(shè)備，就可以增強(qiáng)一些信息到這本書上去，他就可以看到內(nèi)容以及與之相關(guān)的動畫場景等等。這個在電視制作領(lǐng)域黃色的圈就是定位場景，這個場景里面就有一個體育館，然后講解員在里面進(jìn)行體育館介紹，實(shí)際上體育館是虛擬的，人是真實(shí)的，現(xiàn)在大家經(jīng)?？吹轿覀儕W運(yùn)會的廣播都有，比如選手游泳的時候，有一條突破世界紀(jì)錄的黃色的線在上面，其實(shí)現(xiàn)場的人是看不到的，而我們電視機(jī)前是可以看到的，這都是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。還有戴眼鏡可以直接在家里，上電子商務(wù)給你配上一個眼鏡，你在家里看看你戴哪個眼鏡合適。包括可以提供在家的家居設(shè)計服務(wù)，醫(yī)療可以進(jìn)行更加精確的手術(shù)定位，還可以把古跡增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，了解它的過去和未來，以及它的演變歷史等等還有很多。

　　下面我們著重講一下導(dǎo)航位置服務(wù)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)計算可以帶來個性化的服務(wù)，現(xiàn)在的車在增強(qiáng)，現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航已經(jīng)出來了，比如下面這個圖，上面那個圖是可以看出改觀的地方、角度和距離，以及文字的增強(qiáng)，下面是用紅外攝影在夜間，可以看到前面有路在跑，或者有這樣的標(biāo)志在屏幕上顯示。

　　在向用戶傳達(dá)方位，有箭頭、道路標(biāo)記，現(xiàn)在我們電子地圖已經(jīng)普遍用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)了，聽覺識別和導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)合，去年我講了一個移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的深度結(jié)合，來加強(qiáng)人與人之間的社交場景，這個里面有很多對話，實(shí)際上都是通過增強(qiáng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)場景和人的交流。在LBS位置服務(wù)當(dāng)中，可以通過地圖數(shù)據(jù)庫、街景和全景攝影等等，還有導(dǎo)航地圖，在我們手機(jī)上顯示出某個街區(qū)你所關(guān)注的物體特征和信息，你登陸手機(jī)上可以看到商店內(nèi)部，它的貨架上物品擺設(shè)，只要你點(diǎn)某個光斑，就可以進(jìn)行顯示。包括室內(nèi)的應(yīng)用，現(xiàn)在蘋果也應(yīng)用了一個室內(nèi)的軟件來進(jìn)行應(yīng)用。室外也可以將一個新的景點(diǎn)介紹給用戶，你在某個街區(qū)走的時候，如果對某個建筑物感興趣，它可以點(diǎn)亮這個建筑物，來吸引你對這個建筑物的興趣。在泛在設(shè)備當(dāng)中也有很多應(yīng)用，比如把虛擬場景放到實(shí)景當(dāng)中進(jìn)行分析，我也在跟一些全站儀的廠家聯(lián)系，將來也可以把增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用在全站儀里面。包括還可以把不同人得到的不同新起點(diǎn)的圖結(jié)合在一起，形成一個新起點(diǎn)非常豐富，而且具有時間標(biāo)記和演化的不斷更新的地圖。

　　最后我們講它的發(fā)展趨勢，隨著多媒體的增強(qiáng)，我們會讓用戶跟著感覺走。隨著時空定位的增強(qiáng)，我們可以讓用戶跟著認(rèn)知走，就是在一個手機(jī)上，提出了移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以使你改變世界，就是我們看到的這個世界。還可以提供各種個性化的增值服務(wù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將成為智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，成為公眾的投資熱點(diǎn)，成為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)面對政府行業(yè)、企業(yè)和公眾的不同要求，進(jìn)行動態(tài)不同場景的表達(dá)方式，將會形成硬件到軟件等等相當(dāng)長的產(chǎn)業(yè)鏈，它會提供大量的創(chuàng)新創(chuàng)意的空間，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)有，將是又一個實(shí)現(xiàn)智能化的一個新的機(jī)遇。所以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，面臨很多挑戰(zhàn)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將成為智能手機(jī)的標(biāo)配，所以下一代手機(jī)必須進(jìn)行升級換代，才能加強(qiáng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用普及，比如高精度頭像配置，實(shí)時定位跟蹤，所以位置、數(shù)據(jù)與物理實(shí)體的融合，將促進(jìn)新的測繪標(biāo)準(zhǔn)和研究的誕生，越來越逼真的3D顯示技術(shù)將是研究的前沿，將帶動光學(xué)、信息科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展。謝謝!

　　(以上文字為現(xiàn)場速記，未經(jīng)本人審核)