增強現實與虛擬現實的案例
大眾使用增強現實技術 更快、更高效開發汽車
ATTI參觀了大眾位于德國沃爾夫斯堡的虛擬工程實驗室，在那里，增強現實技術使汽車開發人員能夠更快地完成更多的設計迭代。
明亮的陽光灑在大眾的虛擬工程實驗室中，實驗室里總共有24個屏幕閃爍，其中一些顯示著圖形，另一些顯示了數百行程序代碼。在房間的中央，有一個比例為1:4的高爾夫車型模型。Frank Ostermann正在檢查該模型，為其更換輪子，替換尾燈，修改后視鏡。Ostermann使用語音命令和手勢在幾秒鐘內就完成了這一切操作，而這要歸功于增強現實技術。
微軟開發的移動計算機通過手勢控制和語音指令將虛擬內容投射到物理對象上，Ostermann戴著HoloLens混合現實眼鏡，只需要伸一伸他的手指，而HoloLens軟件就會在該高爾夫模型上畫出不同的顏色，安裝不同的輪子，并修理擋泥板。
目前大眾這一虛擬工程實驗室由Ostermann領導，是大眾集團在德國沃爾夫斯堡、柏林和慕尼黑、西班牙的巴塞羅以及加州舊金山運營的六個實驗室之一。這些實驗室的專家與研究機構和技術伙伴在大數據、工業4.0、物聯網、互聯互通、移動服務和虛擬現實等領域就新解決方案進行密切協作。
Ostermann 說：“大眾已經使用增強現實和虛擬現實有一段時間了，主要是為了獲得一個三維視圖。我們正在把這項技術轉變成技術發展的工具，這將使大眾汽車的工程師能夠在虛擬的車輛上工作，改變他們的工作設備，并設計新的組件，他們將能夠立即看到他們工作的結果。我們正在與技術開發部門的同事進行非常密切的合作，第一個全新的汽車概念和設計研究即將完成。我們為技術產品開發提供專業知識，為虛擬工程和系統工程領域的所有集團品牌提供量身定制的解決方案。”
增強現實和虛擬現實可以幫助節省時間和開發成本，汽車開發流程中的每一步都可以更快、更高效。
展開 什么是增強現實（AR）？
增強現實（AR）虛擬現實（VR）：主要區別
雖然AR和VR都屬于數字現實，但它們在很多方面都有所不同。主要區別在于，虛擬現實是將您“帶到”某個地方，而增強現實是將某個地方呈現在您的面前。只需記住，“增強”是指“添加到”。 因此，增強現實是將數字添加到現實中，而虛擬現實是完全虛擬的。
增強現實的主要用例
增強現實是一種用途廣泛的技術，可用于旅游、醫療、零售、房地產等多個行業；從在電子游戲中與虛構的外星人作戰，到在航空航天工程中探索宇宙，其都能提供應用。幾乎在任何用戶想要使用更多內容來補充其即時視場的地方，AR技術都可以提供幫助。
AR應用示例
教育培訓
AR可用于課堂、博物館和培訓項目，使學習者沉浸在豐富而有細節感的體驗中。AR不僅使高風險和復雜主題（如手術）的培訓更安全、更容易接受，還使課程更具吸引力，從而提高學生保留率。
史密森學會Skin and Bone應用
解剖4D
保時捷Tech Live Look
零售
AR使購物者能夠在購買前“體驗”產品和服務。虛擬試穿和預覽功能，可向購物者展示可穿戴設備穿戴在其身上的樣子，或者家具、地毯和藝術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已被證明能夠提高轉化率，并降低退貨率，因為AR技術可提高消費者的購買信心。此外，AR還可用于倉庫，以改進庫存和提貨流程。
Wayfair View in Room
Gucci Sneaker Garage
絲芙蘭虛擬助手
醫療
AR使醫生能夠在進行手術和檢查的同時查看患者數據。
展開 一期一會 | 什么是增強現實（AR）？
主要區別在于，虛擬現實是將您“帶到”某個地方，而增強現實是將某個地方呈現在您的面前。只需記住，“增強”是指“添加到”。 因此，增強現實是將數字添加到現實中，而虛擬現實是完全虛擬的。
增強現實的主要用例
增強現實是一種用途廣泛的技術，可用于旅游、醫療、零售、房地產等多個行業；從在電子游戲中與虛構的外星人作戰，到在航空航天工程中探索宇宙，其都能提供應用。幾乎在任何用戶想要使用更多內容來補充其即時視場的地方，AR技術都可以提供幫助。
AR應用示例
教育培訓
AR可用于課堂、博物館和培訓項目，使學習者沉浸在豐富而有細節感的體驗中。AR不僅使高風險和復雜主題（如手術）的培訓更安全、更容易接受，還使課程更具吸引力，從而提高學生保留率。
史密森學會Skin and Bone應用
解剖4D
保時捷Tech Live Look
零售
AR使購物者能夠在購買前“體驗”產品和服務。虛擬試穿和預覽功能，可向購物者展示可穿戴設備穿戴在其身上的樣子，或者家具、地毯和藝術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已被證明能夠提高轉化率，并降低退貨率，因為AR技術可提高消費者的購買信心。此外，AR還可用于倉庫，以改進庫存和提貨流程。
Wayfair View in Room
Gucci Sneaker Garage
絲芙蘭虛擬助手
醫療
AR使醫生能夠在進行手術和檢查的同時查看患者數據。此外，其還在醫療培訓方面發揮著重要作用，AR仿真可為醫療專業人員提供逼真的場景和條件，使他們能夠在沒有實際患者在場的情況下學習新技能。
展開 潛艇建造中的增強現實
但是，當使用增強現實（AR）時，這不再是必需的。物體的標記，組裝和檢查通過虛擬疊加完成。
蒂森克虜伯海洋系統公司的高級項目工程師（PLF）Stefan Lengowski被在造船業中使用AR的優勢所吸引："這當然仍然是開創性的工作，但已經取得了突破。數字化可以在此時此地體驗。對我來說，關于可能性的問題不再出現。相反，我要問：還有什么可能和適用的？
Excursus：什么是增強現實？
增強現實（AR）是現實世界環境中的一種交互式體驗，其中物理對象通過計算機生成的感知信息得到增強。得益于最先進的計算機和數據流，AR技術為用戶提供了有關當前感知現實的更多信息。虛擬元素或附加信息的插入 - 可以直觀地顯示為文本，動畫，圖片，視頻或圖形 - 在考慮三維參考的情況下進行。
AR在工業中的主要目標是提供更多信息。例如，在裝配或檢查工作期間，技術人員不再需要翻閱技術手冊來查找信息。相反，他們在查看他們正在研究的作品時會收到所有必要的信息 - 通過像HoloLens這樣的智能眼鏡實時。
這些智能眼鏡的軟件是在蒂森克虜伯海洋系統公司內部開發的。除了實際的軟件開發之外，我們的IT專家還確保無縫和智能的流程，將應用程序與創作系統聯系起來 - 以獲得最佳和無障礙的用戶體驗。
蒂森克虜伯海洋系統的增強現實
對于蒂森克虜伯船舶系統而言，AR代表了客戶、項目、設計、制造、服務和培訓方面的一場革命。用例與可能性一樣多樣化。從培訓車間，到造船、管道施工、機械工程、電氣、調試再到數字化手冊。這項技術幾乎可以在整個產品生命周期中無限期地使用。
我們已經在許多領域使用這項技術，并且越來越多的應用正在增加：在基爾，不來梅哈芬和施特拉爾松德，無論是水下還是水上，"Lengowski解釋說："幾乎每天都有同事與我們聯系，他們也想使用AR技術。
展開 
仿真，讓虛擬照進現實
還不夠，距離理想的狀態還有一段距離，因為在現實世界里面傳感器的數量、種類甚至成本都有非常嚴格的限制，我們可以監測里面某一個位置的溫度，但很難能監測水泵里面內部水流細微的變化；能監測電機的轉速，但很難監測到電機發熱之后形變帶來的材料屬性變化，很多物理量是很難低成本去感知的。
前面講到了物聯網的感、聯、知三個部分，但是能夠做到全面感知嗎？這個難度非常大，有一塊我覺得可以好好利用，就是構建一個虛擬世界，這跟物理世界不一樣，我們的虛擬世界是基于物理的仿真來做的，之所以叫基于物理的仿真，就是我們是基于物理各種各樣的原理，比如力學的原理、熱學的原理、電磁學的原理等等，它是符合物理的規律的，并且用計算機數值計算的方式呈現出來，因而是能夠再現真實世界運行情況的。我們在這里建立了水泵的真實的虛擬原型，我們把傳感器上感知的各種數據作為虛擬原型的輸入，在虛擬環境里面我可以做大量的分析，經過這些分析之后，就能得到普通傳統的傳感器很難監測到的一些數據。比如說流量、電壓、電流、電機轉速、內部溫度，本來是要加入很多物理傳感器才能夠獲得的，現在有了虛擬傳感器任意位置的數值都能夠獲得物理量信息。這些數據就比之前純粹的物理感知數據量大了很多，這個是虛擬傳感器的價值所在，然后再將這些數據給工業互聯網平臺去做大數據分析，因為數據變得更“大”了，所以做深度學習的效果會更好，這就是虛擬世界的力量。
我們再來看另外一個例子，這是油氣行業里面的一個設備，裝置在海下采油平臺上。同樣給它加很多傳感器，這些傳感器作為一些基礎數據，傳送到工業互聯網平臺，就能夠做數據分析了。例如，外部海洋里的一些溫度等等都可以檢測到，然后這些輸入作為一個基礎數據分析，當它檢測到特殊情況，需要再查找發生狀況的源頭是在哪兒，然后才知道這個問題該從哪兒去解決，我們不可能讓工人去海底真實查看，成本太高。
展開 混合現實：未來七大航空制造技術之一！
混合現實（MR）是最新的數字化技術發展，它使虛擬世界融入現實世界，它集成了增強現實、增強虛擬和虛擬現實技術，是尚在發展中的新技術，也是很有廣泛應用前景的新技術，空客公司把它作為未來七大航空制造技術之一！決非僅是娛樂業的事，將來會對工程技術產生無法估量的影響，猶如數字化設計制造技術如此巨大地從根本上改變了工程技術領域，這出于很多人當初的預料。為此，MR技術值得引起我們的關注和研究！
混合現實AR是一種將真實世界信息和虛擬世界信息進行“無縫”集成的新技術！
首先要說明的是混合現實、增強現實、增強虛擬之間的差異。
西方人把混合現實定義為"現實到虛擬的連續體"（或集成體），也就是把現實
世界與虛擬世界完全集成在一起，這在技術上就十分復雜了！
混合現實技術要使虛擬（數字）空間與現實空間之間實現信息的同步與交流。
首先要解決的是信息怎樣統一表達，用視頻信息或用計算機制作數字模型，通過MR數字平臺合成。
注意到下圖（特別是圖2和圖3）的差異，就能明白增強現實和混合現實到本質差異！
展開 Ansys Lumerical | 用于增強現實系統的表面浮雕光柵
在本示例中，我們使用 RCWA 求解器設計了一個斜面浮雕光柵 (SRG)，它將用于將光線耦合到單色增強現實 (AR) 系統的波導中。光柵的幾何形狀經過優化，可將正常入射光導入-1 光柵階次。
然后我們將光柵特性導出為 Lumerical Sub-Wavelength Model (LSWM) JSON 格式，以便在 Speos 的系統級仿真中對 SRG 進行建模（請參閱 "Augmented Reality Optical System”)
概述
SRG 幾何圖形根據其傾斜角度、填充因子和高度進行參數化，如下所示：
光柵和基板的折射率為1.8。光柵被空氣包圍。周期固定在 393 nm。
對光柵進行優化，以將波長為 550 nm 的光傳輸到 -1 光柵階次。RCWA 求解器用于SRG的優化和完整的特性描述，具體包含定義仿真參數和運行仿真這兩個步驟。
第 1 步：耦合光柵的優化
使用內置的粒子群優化（PSO）實用程序，優化SRG的傾斜角、填充因子和光柵高度，以最大限度地提高在法向入射時 550 nm波長下S偏振的透射率。
第 2 步：完整特性描述和數據導出
光柵優化是使用來自光柵上方的正常入射光進行的。但是，一旦選擇了優化的幾何結構，就必須針對光線追蹤仿真中預期的入射角范圍以及前進和后退方向計算完整的光柵特性。然后將結果導出到一個 JSON 文件，該文件可以使用腳本在 Speos 或 Zemax 中使用。
運行和結果
第 1 步：優化 SRG 幾何結構
1.打開并運行模擬文件 ar_srg.fsp 。
2.右鍵單擊“grating_orders”結果，然后選擇“ 新建可視化工具 >可視化 ”。
3.單擊并拖動繪圖以放大“Ts_grating”結果（綠線）。
展開 增強現實（AR）波導器件的MTF分析
基于光柵的波導已經開始主導增強和混合現實（AR & MR）領域。這些設備的最終測試是在設備用戶的視網膜處獲得數字仿生圖像的良好重建。性能的這一方面通常通過調制傳遞函數（MTF）來表征，調制傳遞函數（MTF）量化成像系統的分辨率能力。與視野范圍均勻性不同（增強現實小工具的質量的另一個重要度量，因為低均勻性可能導致極其不舒服的頻閃和閃爍效果），MTF對光源的時間相干性特性以及可能演變的任何衍射極其敏感，不僅在到視網膜的最后傳播步驟中（給定的，因為我們正在傳播到焦點中），而且關鍵的是，還有在波導內傳播時發生的衍射（通常由光柵區域邊界處的截斷引起）。
光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion提供了完美的工具來應對這些具有挑戰性的設計任務。它的的建模技術所提供的靈活性實現了在單一軟件平臺上互操作性的最大無縫性，光學設計人員每次都能在精度和速度之間取得必要的平衡--模擬的精度和速度都能達到所需的準確性和盡可能快。
如果你仍然需要說服力，請繼續看看下面的例子！
用于AR應用的復雜波導器件中MTF分析的精度-速度平衡控制
在這個用例中，我們展示了光源的時間相干性和衍射是如何影響光在波導內傳播的。當表征基于光柵波導的PSF和MTF以用于AR和MR領域時，必須在模型中考慮這些影響。
光波導的構造
可以使用光導組件及其靈活的區域定義在VirtualLab Fusion中設置帶有耦合光柵的光波導。
展開 一期一會 | 一文詳解虛擬現實（VR）
虛擬現實還有助于用戶體驗難以通過其他方式體驗的情境，例如，讓工程師通過虛擬展示看到飛行過程中飛機渦輪機工作時其內部的情況。
虛擬現實與增強現實：主要區別
有一項與VR類似的技術，其被稱為增強現實（AR）。二者都可創建虛擬世界，但AR側重于向“真實”世界添加更多信息。
例如，VR頭顯可以營造出用戶坐在電影院中的體驗，而AR頭顯則采用了不同的方式——使用戶能夠在客廳墻壁上虛擬放置一個大型電影院屏幕。
AR和VR都使用類似的技術，但專注于將現實和虛擬融合在一起的AR設備正在日益增多，Meta Quest 3和Apple Vision Pro 就是其中的代表。
虛擬現實的示例
虛擬現實技術為專業和個人使用場景下的廣泛應用提供了機會。
在專業領域應用方面，虛擬現實可幫助學生和實習生訪問虛擬化的工具、實驗室以及虛擬教室等。
此外，VR在娛樂和休閑領域的應用也越來越多，例如視頻游戲、社交網絡和健身等。
虛擬現實使用了什么技術？
雖然虛擬現實的制造商和形式存在差異，但通常都涉及到幾個軟硬件元素。
頭戴式顯示器：在過去，VR依賴3D顯示器和3D投影儀，如今，HMD已成為在半沉浸式VR和全沉浸式VR中創造視覺效果的最經濟實惠且最實用的方法。為此，顯示技術，包括高刷新率和高分辨率屏幕，都被呈現在用戶眼前。HMD通常是人們在提及VR時首先想到的元素之一。
圖形處理：雖然一些虛擬現實頭顯可能會利用高功率計算機進行圖形處理，但一些HMD將擁有其自己的集成型圖形處理單元（GPU）。該技術可實現對虛擬世界的渲染，可根據GPU的功能，創建高度詳盡的高分辨率沉浸式環境。
追蹤系統：由于VR將用戶置于虛擬環境中，因此追蹤系統技術對于將頭部、身體甚至眼部移動同步映射到虛擬創建的世界至關重要。
展開 一分鐘，帶你了解虛擬現實(VR)的原理
最近一年，我們身邊出現了很多基于虛擬現實(VR)技術的新玩具：比如VR眼鏡，明明只是播放了一些逼真立體的虛擬畫面，卻讓你感覺這些虛擬的畫面才是現實。
這是因為，虛擬現實內容模擬了人眼的視覺體驗：
可以用一個小實驗來感受一下
1.當你分別遮住一只眼睛，用另一只眼睛看你的手時，兩只眼睛各自看到的圖像，會有一些差別。這個就叫做人眼的雙目視差。
2.當你把手機放在面前，把頭歪到左邊，再歪到右邊時，你的眼睛看到的就分別是手機的左邊框和右邊框。這個叫做人眼的移動視差。
3.而當你攤開兩只手，眼睛聚焦到不同的手上時，會依次看到左手清晰右手模糊，以及左手模糊右手清晰的圖像。這是人眼的變焦功能。
因為人眼天然擁有以上這些視覺差異和變焦功能，你眼前的這個場景，才能在大腦的加工后變得立體和縱深；
人眼這么復雜的視覺體驗，虛擬現實是怎么模仿出來的呢？
我們來做一個實驗：
如果把相機放在一個點上，拍攝廣場上一遠一近的兩個人。那么當鏡頭對焦在不同的人身上時，就能拍到2張只有一個人清晰，而其他部分虛化的照片。
如果在這兩個人的斜后方再加一個人，整個場景里就出現了3個遠近不同的人。那么鏡頭對焦在不同的人身上時，我們就能拍到3張只有一個人清晰，而其他部分虛化的照片。
而如果再不斷地向斜后方增加人數，那么這個相機就能拍攝出無數張只有一個人清晰，而其他部分虛化的照片。
現在，見證奇跡的時刻來了。
展開 Ansys | 什么是虛擬現實（VR）？
例如，實習外科醫生可通過虛擬現實來了解如何給患者做手術，而避免了感染和受傷的風險。
虛擬現實還有助于用戶體驗難以通過其他方式體驗的情境，例如，讓工程師通過虛擬展示看到飛行過程中飛機渦輪機工作時其內部的情況。
虛擬現實與增強現實：主要區別
有一項與VR類似的技術，其被稱為增強現實（AR）。二者都可創建虛擬世界，但AR側重于向“真實”世界添加更多信息。
例如，VR頭顯可以營造出用戶坐在電影院中的體驗，而AR頭顯則采用了不同的方式——使用戶能夠在客廳墻壁上虛擬放置一個大型電影院屏幕。
AR和VR都使用類似的技術，但專注于將現實和虛擬融合在一起的AR設備正在日益增多Meta Quest 3和Apple Vision Pro 就是其中的代表。
虛擬現實的示例
虛擬現實技術為專業和個人使用場景下的廣泛應用提供了機會。
在專業領域應用方面，虛擬現實可幫助學生和實習生訪問虛擬化的工具、實驗室以及虛擬教室等。
此外，VR在娛樂和休閑領域的應用也越來越多，例如視頻游戲、社交網絡和健身等。
虛擬現實使用了什么技術？
雖然虛擬現實的制造商和形式存在差異，但通常都涉及到幾個軟硬件元素。
頭戴式顯示器：在過去，VR依賴3D顯示器和3D投影儀，如今，HMD已成為在半沉浸式VR和全沉浸式VR中創造視覺效果的最經濟實惠且最實用方法。為此，顯示技術，包括高刷新率和高分辨率屏幕，都被呈現在用戶眼前。HMD通常是人們在提及VR時首先想到的元素之一。
圖形處理：雖然一些虛擬現實頭顯可能會利用高功率計算機進行圖形處理，但一些HMD將擁有其自己的集成型圖形處理單元（GPU）。該技術可實現對虛擬世界的渲染，可根據GPU的功能，創建高度詳盡的高分辨率沉浸式環境。
展開 
如何用Mathematica 實現旋轉物體上的增強現實,
增強現實(augmentedreality,AR)技術是一種既包括真實世界要素也包括虛擬世界要素的環境,其通過將計算機系統生成的虛擬物體或其他信息疊加到真實場景中,從而實現對現實的“增強"。增強現實技術在真實世界和虛擬世界之間搭建了一座橋梁,也為人機交互提供了一種新模式。
許多科技公司曾經認為，AR剛開始可能會借助專門的商用應用火起來，比如能夠讓建筑設計師在原址看到建筑完工后形象的應用。然而，卻是一款基于日本1990年代中期深受喜愛的娛樂節目的Pokémon Go游戲幫助這項技術進入了主流。
增強現實在教育、傳統文化保護、軍事、航空、醫學和商業等領域具有廣泛的應用前景。
而 Mathematica 以其卓越的技術和簡便的使用方法享譽全球,在許多領域獨樹一幟。
下面和大家一起來看下在mathematica中實現增強現實的一個小案例.
旋轉物體上的增強現實
ImageDisplacements命令在一個實時視頻序列中捕捉光流場,通過旋度,你可以在內置的相機內觀測到一只旋轉運動的手。因此，可以在增強現實中遞增或遞減一個虛擬時鐘的時間。
其代碼如下：
展開 技術分享：基于虛擬現實技術的 LNG 船舶仿真系統
4結論
本文以“海洋石油301”LNG船舶為母型船，將海上航行環境、船舶運動數學模型、船舶三維模型等有機結合起來，研發了基于虛擬現實技術的LNG船舶航行仿真系統，達到降低學習、訓練成本和風險，提高對LNG船舶整體認知的目的。在后續研究中，將對系統運行效率、惡劣海況模擬等做進一步研究，使其成為LNG船舶仿真研究的科研平臺。
CAE仿真與大數據、虛擬現實以及人工智能
圖1 仿真與大數據
仿真與虛擬現實的碰撞
虛擬現實是時下非常火爆的技術，但是很多人對仿真與虛擬現實都存在認識上的誤差，認為二者說得是一回事。其實，仿真技術與虛擬現實技術有著一定的相似點，但也存在差異性。
在感知方面，仿真以視覺和聽覺為主，而虛擬現實不僅有視覺、聽覺，還有觸覺等方面的感知，可以說仿真基本上將用戶視為“旁觀者”，而虛擬現實則將用戶視為“當局者”；在逼真度方面，仿真技術，仿真技術是對真實物理系統某一層次上的抽象，而虛擬技術采用實時三維圖像與顯示、三維聲音定位與合成技術、傳感器等技術，做到了人與環境的交互性，有非常高的逼真度。
縱觀當下工業仿真軟件，可視化、智能化的仿真已成趨勢，在仿真中運用虛擬現實技術，不僅能更加形象直觀地顯示仿真全過程，而且會讓計算機與人之間的溝通更人性化，增強仿真系統的尋優能力。
圖2 仿真與虛擬現實
仿真與人工智能的碰撞
仿真優化的應用目標是為用戶提供一個輔助決策支持工具，而實際工程設計問題一般比較復雜，涉及因素較多，完全依靠計算機來進行決策很難考慮周全，隨著人工智能技術的發展，將領域知識引入到仿真優化系統中，建立決策支持系統，充分發揮人的創造性和計算機的計算能力，實現人機協同決策功能。
目前的仿真優化系統要求用戶對仿真優化算法和仿真建模工具有較深入的了解，才能夠開展工程應用，如各種仿真優化算法存在大量運行參數需要選擇，仿真實驗也需要設置各種參數，如仿真開始時間、仿真結束時間、仿真迭代次數和“預熱”時間等等，任何一項參數的變動對仿真優化結果都會產生影響，要求非仿真專業人員來完成這些設置幾乎是一件不可能的事。因此，利用專家知識系統作為輔助，協助普通人完成這些專業工作是一個可行的實現方法。
展開 增強現實抬頭顯示AR-HUD
增強現實抬頭顯示（AR-HUD）可以將當前車身狀態、障礙物提醒等信息3D投影在前擋風玻璃上，并通過自研的AR-Creator算法，融合實際道路場景進行導航，使駕駛員無需低頭即可了解車輛實時行駛狀況。結合DMS系統，可以實現眼動追蹤功能。使駕駛更安全的同時，提高了產品的交互性。
產品功能
車輛信息顯示
導航信息顯示
車道線、障礙物提醒
車內觀影
解決方案優勢
防抖算法
大視場角
超遠人眼感知距離
高色域
高分辨率
高亮度
高對比度
