关键词：AR技术；维修技能；应用
1AR技术发展现状
1.1AR技术简介
AR技术结合了虚拟数字媒体信息和真实的实物，将一定时空范围内更多的实体信息（包括图像、声音、文字等）通过科学技术模拟仿真，再将信息处理后的信息集中反馈叠加到能见的现实环境中，通过显示设备实现虚拟对象与真实环境的融合，为体验者呈现出一个感官效果放大且更多元化的新环境，最终达到增强体验者感官感知的目的，借助工具实现加强自身感知的体验。数字信息时代人们可以借助AR技术尽可能多地接收互联网时代的各类信息。AR技术在各行业应用发展的困难集中在显示技术、跟踪定位技术、界面技术和标定技术。
1.2增强现实技术与虚拟现实技术的异同
1.2.1定义不同
VR(VirtualReality)技术通过计算机技术等现代高科技为用户生成特定的虚拟环境，用户使用配套的输入/输出设备可在设定的虚拟世界中实现交互，得到与真实世界类似的感官感受，其中包括视觉、听觉和触觉等。AR技术是将现实世界中的事物结合数字信息，增强用户对现实世界中事物的感知的人机交互技术。
1.2.2侧重点不同
VR技术是使用户处于计算机设定的虚幻信息空间内获得感官感受的，用户在体验过程中处于虚拟空间，是与现实环境相隔绝的。AR技术是将用户置于实际环境中，将虚拟环境叠加到现实环境中并反馈给用户以达到增强用户对真实环境的感知及理解。
2 基于 AR 的地铁施工过程安全管理体系
2.1跟踪注册技术
跟踪注册技术是增强现实系统的核心技术之一，增强现实系统的最终效果与其所用的跟踪注册技术密不可分。跟踪注册技术，是指通过相应算法快速地计算虚拟空间与现实空间坐标系的映射关系，使其精准对齐，从而实现虚拟信息在真实世界的完美叠加。建立虚拟空间坐标系与真实空间坐标系的转换关系，使得虚拟信息能够正确地放置于真实世界中，此过程为注册。实时从当前场景获得真实世界的数据，并根据观察者位置、视场、角度、方向、运动情况等因素来重建坐标系，并将虚拟信息正确地放置于真实世界中，此过程为跟踪。目前通用的跟踪注册技术主要有以下三种。
2.1.1 基于计算机视觉的跟踪注册技术
该类技术主要有两种方法，一为基于标识物的方法，二为基于自然特征的方法。基于标识物的方法，主要通过在真实空间中放置标识物，通过对实时图像进行边缘检测等方法识别标识物，而后根据标识物的信息建立虚拟空间与真实空间的坐标映射关系。基于自然特征的方法，主要通过分析实时图像，提取相匹配的自然特征点，通过真实图像计算出虚拟空间与真实空间的坐标映射关系。该项技术优点在于不需要额外的外部设备，计算精度高，且具有对多目标识别追踪能力。其缺点在于计算复杂度高，实时性差且易受环境影响。
2.1.2 基于硬件设备的跟踪注册技术
该类技术通过各类传感器、GPS设备、摄像机等硬件实时捕捉观察者的位置、视场等信息，计算出虚拟空间坐标系与真实空间坐标系的转换关系。其优点在于定位速度快，测量范围大，实时性好；缺点在于需要额外的外部设备，精度受外部设备影响较大。
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2.1.3 混合跟踪注册技术
基于计算机视觉的跟踪注册技术与基于硬件设备的跟踪注册技术各有优劣，在目前来看，单一的跟踪技术很难较好地解决增强现实应用系统的跟踪注册问题。因此，在条件允许的情况下，可以将这两种跟踪注册技术相结合，充分利用两种技术各自的优势，以提高跟踪注册的实时性、精度、鲁棒性，从而提高增强现实应用的稳定性与环境适应性。混合跟踪注册技术亦是目前国内外各大高校、研究所等研究重点。
2.2 显示技术
增强现实系统中另一关键技术为显示技术，显示技术决定了用户使用增强现实应用时的沉浸感、体验感等因素。目前，增强现实系统实现虚实融合显示的主要设备一般分为：头戴显示式、手持显示式以及投影显示式等。
2.2.1 头戴显示式
头戴式显示器被广泛运用于增强现实领域，是一种注重增强用户的视觉沉浸感的显示设备。该类显示器主要分为两种，基于摄像机原理的视频透视式头戴显示器和基于光学原理的光学透视式头戴显示器。视频透视式头戴显示器主要通过显示器上一定数目的相机获取实时图像，而后进行图像处理，将虚拟信息与真实世界融合后的场景显示在显示器上，例如微软公司发布的HoloLens增强现实眼镜和Meta公司推出的Meta2增强现实眼镜。光学透视式头戴显示器主要利用光的反射原理，在用户眼前放置一块半透明的光学组合器，从而将虚拟信息与真实世界融合，呈现给用户，例如谷歌公司先前推出的Google Class。
2.2.2 手持显示式
手持显示式器一般多指手机、PDA、平板电脑等移动终端设备的显示器，他们具有较高的便携性的优点，可以随时随地使用，而且手持式显示设备具有可触控的特点，便于进行人机交互的设计。
2.2.3 投影显示式
投影式显示器是将生成的虚拟对象信息直接投影到需要融合的真实场景中的一种增强现实显示技术。和平面显示设备把图像生成在固定的设备表面不同的是，投影式显示能够将图像投影到大范围场景中，但其缺点在于设备体积庞大、焦点不能随用户视角移动而改变、受光照等环境因素限制。
2.3 人机交互技术
随着计算机和移动设备等逐步智能化，人机交互技术越发重要。而在增强现实系统中，人机交互的方式尤为重要。从传统的鼠标键盘交互方式到语音、手势交互方式等新型交互方式，人机交互技术的发展将会给增强现实系统带来无限可能。
2.3.1 基于传统的硬件设备
鼠标、键盘、触控等是增强现实系统中常见的交互工具，这些基于传统硬件设备的交互方式，并不能为用户提供良好的交互体验，用户沉浸感较差，其优势在于设备成本低廉、交互方式简单。
2.3.2 语音、手势交互等新型交互技术
近年来，人机交互领域出现了基于语音及基于手势等多种新型交互方式，在这类交互技术中，计算机及移动设备等捕捉用户的语音、手势、动作等作为输入，较之传统交互方式更为直观、自然。他们能够以更准确的方式让使用者在真实世界中实现与虚拟信息的互动，是更自然的虚实融合的人机交互方式，更适合应用于增强现实系统中。
结论
AR技术在地铁领域掀起一场变革，在地铁装配过程中采用此种技术可达到提高效率和精确度的目的，在地铁安全方面可以实现提高安全性能的价值，在地铁销售和售后服务方面可以帮助相应厂商拓展市场、吸引消费者。但目前国内AR技术在地铁领域的应用仍处于起步阶段，前景广阔但挑战重重。
参考文献：
[1]王廷魁,顾星月,杨喆文,李治川.增强现实(AR)技术在设备维护中的应用[J].工程研究-跨学科视野中的工程,2017,9(02):173-180.
[2]陈翔宇.论VR技术与AR技术的未来发展[J].科技创新与生产力,2017(03):21-22+25.
论文作者:冯 浩
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
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