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仿真、模擬、有限元分析、多物理場(chǎng)……這些術(shù)語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術(shù)原理和演進(jìn)趨勢(shì)，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以“一期一會(huì)”的形式，攜手各領(lǐng)域?qū)＜遥瑖@Ansys全產(chǎn)品線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，帶您深入解析流體、結(jié)構(gòu)、電子設(shè)計(jì)及電磁仿真、光學(xué)、光子學(xué)、半導(dǎo)體、自動(dòng)駕駛、汽車、聲學(xué)、航空航天、材料等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，讓復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)觸手可及。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）是一種將數(shù)字信息集成到現(xiàn)實(shí)世界中的沉浸式技術(shù)。通過具有攝像頭功能的設(shè)備，用戶可以同時(shí)與其物理空間和計(jì)算機(jī)生成的內(nèi)容進(jìn)行交互。AR能夠在用戶環(huán)境的背景下呈現(xiàn)圖像、文本和音頻，并被廣泛用于提高各種應(yīng)用（如游戲、教育、消費(fèi)類零售、家居設(shè)計(jì)和制造等）中的用戶參與度。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的工作原理是什么？

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)依賴于三個(gè)主要組件——輸入設(shè)備、處理軟件和顯示器，以觀察環(huán)境，確定數(shù)字信息的相關(guān)位置，并實(shí)時(shí)向用戶呈現(xiàn)協(xié)調(diào)一致的體驗(yàn)。

輸入：攝像頭和傳感器可從用戶的物理環(huán)境中收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。傳感器類型包括紅外攝像頭、加速度傳感器、陀螺儀和GPS等。

軟件：對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和解讀，以確定要部署的正確數(shù)字元素以及其在用戶視圖中的放置位置。

顯示器：數(shù)字信息被呈現(xiàn)在用戶的視場(chǎng)中，與周圍環(huán)境完全集成。顯示器包括眼鏡和頭戴式顯示設(shè)備、抬頭顯示器、智能手機(jī)、平板電腦和投影儀等。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的類型

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)主要有兩種類型——基于標(biāo)記的AR和無標(biāo)記的AR。在基于標(biāo)記的AR中，物理標(biāo)記（如二維碼）被用作將虛擬體驗(yàn)附加到真實(shí)對(duì)象上的一種簡(jiǎn)單方法，而無需對(duì)象識(shí)別和追蹤。在無標(biāo)記的AR中，不需要標(biāo)記。其通過多個(gè)傳感器根據(jù)顏色、圖案和位置等線索協(xié)調(diào)信息，以識(shí)別環(huán)境中的項(xiàng)目。

基于標(biāo)記的AR

• 依賴于預(yù)定義圖像，如二維碼或徽標(biāo)等
• 與無標(biāo)記的AR相比，開發(fā)成本更低、更簡(jiǎn)單
• 必須在智能手機(jī)或平板電腦上使用
• 可能需要下載專用的應(yīng)用
• 例如：SnapChat濾鏡使用人臉作為標(biāo)記

無標(biāo)記的AR

• 無需特定標(biāo)記即可激活
• 使用識(shí)別算法來解讀環(huán)境
• 通常用于戶外導(dǎo)航和特定位置的集成
• 其包括基于投影和基于位置的AR、輪廓繪制AR和疊加AR
• 例如：在寶可夢(mèng)GO（Pokemon Go）中捕捉角色

基于投影的AR

例如：投影在桌面上的交互式鍵盤

疊加AR

例如：將x射線圖疊加在病人身上

基于位置的AR

例如：通過掃描附近的建筑物查找商店

輪廓繪制AR

例如：測(cè)量區(qū)域或物體的尺寸

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的優(yōu)勢(shì)

AR能讓用戶獲得完全感知其周圍環(huán)境的體驗(yàn)，同時(shí)還可提供補(bǔ)充的數(shù)字信息和指示。這種集成為AR在不同行業(yè)和任務(wù)中的應(yīng)用帶來了眾多優(yōu)勢(shì)。

增強(qiáng)的體驗(yàn)：數(shù)字和現(xiàn)實(shí)世界的無縫集成可以使體驗(yàn)更具視覺趣味性和享受性。

定制化：AR可以根據(jù)用戶的位置、環(huán)境和行為定制內(nèi)容，因此每項(xiàng)體驗(yàn)都可以是獨(dú)特的。

認(rèn)知負(fù)荷：AR可在正確的時(shí)間和地點(diǎn)為用戶提供正確的信息，因此用戶不必記住復(fù)雜的數(shù)據(jù)或?yàn)g覽額外的資源。

實(shí)踐培訓(xùn)：AR可通過交互式仿真中的分步指導(dǎo)，幫助不同領(lǐng)域的學(xué)習(xí)者安全地嘗試新技能。

成本節(jié)省：通過為用戶提供所需環(huán)境和工具，AR可降低出行和設(shè)備成本。

置信度：從查看家具在您家中的擺放效果，到揭示挖掘過程中需要避開的地下公用設(shè)施，AR通過將潛在結(jié)果可視化來提高決策能力。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）：主要區(qū)別

雖然AR和VR都屬于數(shù)字現(xiàn)實(shí)，但它們?cè)诤芏喾矫娑加兴煌Ｖ饕獏^(qū)別在于，虛擬現(xiàn)實(shí)是將您“帶到”某個(gè)地方，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是將某個(gè)地方呈現(xiàn)在您的面前。只需記住，“增強(qiáng)”是指“添加到”。 因此，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是將數(shù)字添加到現(xiàn)實(shí)中，而虛擬現(xiàn)實(shí)是完全虛擬的。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的主要用例

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是一種用途廣泛的技術(shù)，可用于旅游、醫(yī)療、零售、房地產(chǎn)等多個(gè)行業(yè)；從在電子游戲中與虛構(gòu)的外星人作戰(zhàn)，到在航空航天工程中探索宇宙，其都能提供應(yīng)用。幾乎在任何用戶想要使用更多內(nèi)容來補(bǔ)充其即時(shí)視場(chǎng)的地方，AR技術(shù)都可以提供幫助。

AR應(yīng)用示例

教育培訓(xùn)

AR可用于課堂、博物館和培訓(xùn)項(xiàng)目，使學(xué)習(xí)者沉浸在豐富而有細(xì)節(jié)感的體驗(yàn)中。AR不僅使高風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜主題（如手術(shù)）的培訓(xùn)更安全、更容易接受，還使課程更具吸引力，從而提高學(xué)生保留率。

• 史密森學(xué)會(huì)Skin and Bone應(yīng)用
• 解剖4D
• 保時(shí)捷Tech Live Look

零售

AR使購物者能夠在購買前“體驗(yàn)”產(chǎn)品和服務(wù)。虛擬試穿和預(yù)覽功能，可向購物者展示可穿戴設(shè)備穿戴在其身上的樣子，或者家具、地毯和藝術(shù)品等家居裝飾在其家中的擺放效果。這種購買前的交互體驗(yàn)已被證明能夠提高轉(zhuǎn)化率，并降低退貨率，因?yàn)锳R技術(shù)可提高消費(fèi)者的購買信心。此外，AR還可用于倉庫，以改進(jìn)庫存和提貨流程。

• Wayfair View in Room
• Gucci Sneaker Garage
• 絲芙蘭虛擬助手

醫(yī)療

AR使醫(yī)生能夠在進(jìn)行手術(shù)和檢查的同時(shí)查看患者數(shù)據(jù)。此外，其還在醫(yī)療培訓(xùn)方面發(fā)揮著重要作用，AR仿真可為醫(yī)療專業(yè)人員提供逼真的場(chǎng)景和條件，使他們能夠在沒有實(shí)際患者在場(chǎng)的情況下學(xué)習(xí)新技能。

• 微軟HoloLens
• Xvision Spine System
• AccuVein靜脈可視化系統(tǒng)

游戲和娛樂

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)通過游戲和娛樂平臺(tái)使用戶無需離開沙發(fā)便可參與其中，使最具想象力的體驗(yàn)變得更加逼真。借助AR，用戶可以看到其房間充滿了數(shù)字角色和元素，因?yàn)樘摌?gòu)內(nèi)容和現(xiàn)實(shí)交織在同一個(gè)空間里。

• 蘋果Vision Pro
• Meta Quest 3
• XREAL AR眼鏡

導(dǎo)航

AR通過提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)，幫助行人、游客和駕駛員導(dǎo)航到新地方，以便其更自信地通過周圍環(huán)境。在汽車中，抬頭顯示器使用AR，直接在駕駛員的視線范圍內(nèi)為其提供有關(guān)速度和其它車輛性能的信息。

• 谷歌Live View
• 梅賽德斯-奔馳MBUX導(dǎo)航
• Aryve機(jī)場(chǎng)地圖

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的未來

隨著引領(lǐng)AR技術(shù)發(fā)展的AI技術(shù)的不斷進(jìn)步，AR的發(fā)展前景將更加廣闊。未來，可穿戴AR設(shè)備將促進(jìn)導(dǎo)航、娛樂和健康追蹤以便攜、時(shí)尚的方式融入我們的日常生活。隨著學(xué)生在3D空間中探索歷史、科學(xué)和設(shè)計(jì)等主題，沉浸式內(nèi)容將加速學(xué)習(xí)進(jìn)程，教育將繼續(xù)發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨著AR為出行者和同事提供實(shí)時(shí)翻譯，語言障礙將被打破。AR還將繼續(xù)改進(jìn)汽車安全性、醫(yī)療程序和城市規(guī)劃。在數(shù)字內(nèi)容能夠增強(qiáng)人們現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的任何領(lǐng)域，AR都將在改善我們的生活方面發(fā)揮更大的作用。