最全的AR行业综合报告.docx
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最全的AR行业综合报告
前言
继智能手机、平板电脑之后，虚拟现实（VR）与增强现实（AR）有潜力成为下一种重大通用计算平台。
从当前来看，更多公司选取从VR领域进行切入，各大研究公司、投行针对VR领域研究报告也层出不穷，相比之下，AR领域却稍显平淡。
腾讯科技旗下VR次元发布全球首份AR行业报告，在这份报告中，咱们将对AR发展趋势、将来挑战、潜在应用领域、也许创造和颠覆市场进行分析和预测。
最后，感谢亮风台研发总监吴仑博士对本报告支持，吴仑博士撰写了AR工作原理、核心技术有关章节。
特别提示：
微信上搜索“qqtechvr”，关注“VR次元”微信公众号，回答“AR”，即可获得AR报告PDF版。
第一章AR与VR
VR和AR有着不同应用领域、技术和市场机会，因而区别两者之间不同至关重要。
从技术角度来看，AR是将计算机生成虚拟世界套在现实世界上，即把数字想象世界加在真实世界之上。
最典型AR设备就是google眼镜。
这种智能眼镜将触控板、摄像头以及LED显示屏结合起来，通过显示屏，顾客可以联网，并在视野内使用地图、电子邮件等服务。
其她知名AR产品尚有微软HoloLens，创业公司则以MagicLeap为典型代表。
AR具备三个重要特性：
1、融合虚拟和现实：
与VR技术不同是，增强现实技术不会把使用者与真实世界隔开，而是将计算机生成虚拟物体和信息叠加到真实世界场景中来，以实现对现实场景更直观进一步理解和解读，在有限时间和有限场景中实现与现实有关知识领域理解。
增强信息可以是与真实物体有关非几何信息，如视频、文字，也可以是几何信息，如虚拟三维物体和场景。
2、实时交互：
通过增强现实系统中交互接口设备，人们以自然方式与增强现实环境进行交互操作，这种交互要满足实时性。
3、三维注册：
“注册”（这里也可以解释为跟踪和定位）指是将计算机产生
虚拟物体与真实环境进行一一相应，且顾客在真实环境中运动时，也将继续维持对的对准关系。
VR是让顾客置身于一种想象出来或者重新复制世界，或是模仿真实世界。
VR领域重要产品涉及Oculus、索尼PlayStationVR、HTCVive和三星GearVR。
（关于VR更多状况，可关注VR次元微信公众号，回答“高盛”和“德银”，分别获得高盛VR中文版报告和德银VR中文版报告）
区别VR和AR一种简朴办法是：
VR需要用一种不透明头戴设备完毕虚拟世界里沉浸体验，而AR需要清晰头戴设备看清真实世界和重叠在上面信息和图像。
从当前来看，AR比较适合服务公司级顾客，而VR同步合用于消费者和公司用户。
有些状况下，两者还会浮现重叠市场。
例如，当前大多数游戏基于VR研发，但微软也用HoloLens重新创作了《我世界》这样游戏。
AR发展简史
AR技术来源可追溯到“VR之父”MortonHeilig在上个世纪五、六十年代所创造SensoramaStimulator。
Heilig是一名哲学家、电影制作人和创造家。
她运用她在电影拍摄上经验设计出
了SensoramaStimulator，并在1962年获得了专利。
SensoramaStimulator使用图像、声音、电扇、香味和震动，让顾客感受在纽约布鲁克林街道上骑着摩托车风驰电掣场景。
尽管这台机器大且笨重，但在当时却非常超前。
令人遗憾是，Heilig没有可以获得所需资金支持让这个创造商业化。
AR历史上下一种重大里程碑是第一台头戴式AR设备创造。
1968年，哈佛副专家IvanSutherland跟她学生BobSproull合伙创造了Sutherland称之
为“终极显示屏”AR设备。
使用这个设备顾客可以通过一种双目镜看到一
个简朴三维房间模型，顾客还可以使用视觉和头部运动跟踪变化视角。
尽管顾客交互界面是头戴，然而系统主体某些却又大又重，不能戴在顾客头上，只能悬挂在顾客头顶天花板上。
这套系统也因而被命名为“达摩克利斯之剑”。
尽管这些初期创造属于AR范畴，但事实上，直到1990年，波音公司研究员TomCaudell才创造了“AR”这个术语。
Caudell和她同事设计了一种辅助飞机布线系统，用于代替笨重示例图版。
这个头戴设备将布线图或者装配指南投射到特殊可再用方板上。
这些AR投影可以通过计算机迅速轻松地更改，机械师再也不需要手工重新改造或者制作示例图版。
大概在1998年，AR第一次出当前大众平台上。
当时有电视台在橄榄球赛电视转播上使用AR技术将得分线叠加到屏幕中球场上。
此后，AR技术开始被用于天气预报——天气预报制作者将计算机图像叠加到现实图像和地图上面。
从
那时起，AR真正地开始了其爆炸式发展。
年，BruceH.Thomas在澳大利亚南澳大学可穿戴计算机实验室开发了第一款手机室外AR游戏——ARQuake。
年左右，AR开始被用于地图等手机应用上。
年，google发布了google眼镜，年，微软发布HoloLens，这是一款能将计算机生成图像（全息图）叠加到顾客周边世界中头戴式AR设备，也正是随着这两款产品浮现，更多人开始理解AR。
AR硬件概览
AR硬件发展驱动力源于计算机解决器、显示技术、传感器、移动网络速率、电池续航等各种领域技术进步。
当前可以拟定AR硬件类型有如下几种：
•手持设备（HandheldDevices）
•固定式AR系统（StationaryARSystems）
•空间增强现实（SAR）系统（SpatialAugmentedRealitySystems）
•头戴式显示屏（Head-mountedDisplays，即HMD）
•智能眼镜（SmartGlasses）
•智能透镜（SmartLenses）
手持设备
智能手机正是手持设备代表。
咱们正经历着智能手机、平板电脑等手持设备大爆炸时代，这将会增进AR普及。
这些设备正在变得越来越好——显示屏分辨率越来越高，解决器越来越强，相机成像质量越来越好，传感器越来越多，提供着加速计、GPS、罗盘等等功能……这些成为了天然AR平台。
尽管手持设备是消费者接触AR应用最为以便形式，但由于大某些手持设备不具备可穿戴功能，因而顾客无法获得双手解放AR体验。
固定式AR系统
俄罗斯一家Topshop内固定式AR衣橱
固定式AR系统合用于固定场合中需要更大显示屏或更高辨别率场景。
与移动AR设备不同是，这些很少移动系统可以搭载更加先进相机系统，因而能够更加精准地辨认人物和场景。
此外，显示单元往往能呈现出更加真实画面，并且受阳光或照明等环境因素影响较小。
空间增强现实（SAR）系统
大众公司SAR系统
与其他所有系统不同是，空间增强现实（SAR）系统虚拟内容直接投影在现
实世界中。
SAR系统往往固定在自然中。
任何物理表面，如墙、桌、泡沫、木块甚至是人体都可以成为可交互显示屏。
随着投影设备尺寸、成本、功耗减少以及3D投影不断进步，各种全新交互及显示形式正在不断涌现。
SAR系统最大长处在于，现实世界反射在这里更加精准，即虚拟信息可以以实际比例和大小呈当前眼前。
此外在观看人数较多时，内容也能看清，这个案例可以用来实现同步办公。
头戴式显示屏（HMD）
佳能混合现实头戴设备
HMD代表着另一种迅速发展AR硬件类型。
HMD由一种头戴装置（如头盔），以及与之搭配一块或多块（微型）显示屏构成。
HMD将现实世界和虚拟物体画面重叠显示在顾客视野中。
换而言之，顾客不会直接看到现实，看到是现实增强视频画面。
如果显示屏只覆盖顾客一只眼睛，这样HMD称为单眼
HMD，另一种是两只眼睛都看显示屏双眼HMD。
先进HMD普通可以搭
载具备很高自由度传感器，顾客可以在先后、上下、左右、俯仰、偏转和滚动六个方向自由移动头部。
该系统因而可以实现虚拟信息与现实世界贴合，并根据顾客头部移动作做相应画面调节。
智能眼镜
VuzixM100智能眼镜
消费电子行业许多公司以为，智能眼镜将会成为智能手机后下一大全球热卖消费产品。
这些AR设备事实上是带有屏幕、相机和话筒眼镜。
依照这一概念，顾客现实世界视角被AR设备截取，增强后画面重新显示在顾客视野中。
AR画面透过眼镜镜片，或者通过眼镜镜片反射，从而进入眼球。
智能眼镜技术最为突出例子是google眼镜和VuzixM100。
但是，当前开发中最令人激动智能眼镜要数AtheerOne——该智能眼镜配有3D景深传感器，顾客可以实际控制眼前显示虚拟内容。
智能透镜
华盛顿大学开发透镜中具有金属电路构造
智能眼镜绝不是故事结局。
越来越多研究投入到能显示AR画面智能透镜上；微软、google等公司也正忙于宣布自己智能透镜项目。
智能透镜理念是在老式透镜中集成控制电路、通信电路、微型天线、LED及其它光电组件，从而形成一套功能系统。
将来或允许以用成千上万颗LED直接在眼前形成画面，从而让透镜变成显示屏。
然而，还必要克服一系列难题，例如说如何给透镜供电，如何保证人眼不受伤害等等。
在这一章最后，咱们简朴看下AR技术会应用到哪些领域：
考古：
在古代遗迹上显示遗迹原本样子。
艺术：
跟踪眼球移动并将这些移动显示在屏幕上，协助残疾人进行艺术创作。
商业：
显示产品各种定制选项或者补充信息。
教诲：
将文本、图像、视频和音频叠加到学生周边实时环境中。
潮流：
显示不同妆容和发型用在一种人身上效果。
游戏：
运用真实世界环境让顾客在游戏中进行互动，获得不同体验。
医药：
通过虚拟X光将病人内脏器官投射到她们皮肤上。
军事：
使用AR眼镜向士兵展示战场中浮现人和物体，并附上有关信息，以帮助士兵避开潜在危险。
导航：
将道路和街道名字跟其她有关信息一起标记到现实地图中，或者在挡风玻璃上显示目地方向、天气、地形、路况、交通信息，提示潜在危险。
体育：
显示橄榄球场得分线、高尔夫球飞行路线和冰球移动轨迹。
电视：
在天气预报中显示天气视觉效果和图像。
第二章AR工作原理
AR介于VR和真实世界之间，VR创造逼真虚拟世界，AR则将图形、声音、触感和气味添加到真实世界中。
在简介AR工作原理之前，咱们先通过一种例子，让人们有一种简朴结识。
在年2月TED大会上，帕蒂•梅斯（PattieMaes）和普拉纳夫•米斯特莱（PranavMistry）展示了她们研发AR系统。
该系统属于麻省理工学院媒体实验室流体界面小组研究成果之，她们称之为SixthSense（第六感）。
它依
靠众多AR系统中常用某些基本元件来工作：
摄像头、小型投影仪、智能手机
和镜子。
这些元件通过一根类似绳索仪器串连起来，然后戴在佩戴者脖子上。
顾客还会在手指上戴上四个不同颜色特殊指套，这些指套可以用来操纵投影仪投射图像。
SixthSense设备运用简朴、现成元件来构成AR系统，它投影仪可以将任何平面变成一种互动显示屏。
SixthSense设备运用摄像头和镜子来捕获周围环境，然后将这种图片传给手机（手机解决这种图片，获得GPS坐标以及从互联网上搜索有关信息），然后将这些信息从投影仪投射到顾客面前任何平面上，不论这种平面是一种手腕，一面墙，还是一种人。
由于顾客将摄像头佩戴在胸前，因而SixthSense设备可以增强她所看到一切。
例如，如果她在一种杂货店里挑选了一罐汤，SixthSense设备将可以搜索这罐汤有关信息，例如成分、价格和营养价值甚或顾客评论，然后将它们投射到平面上。
运用手指上指套，顾客可以在投射信息上执行各种操作，这些操作将会被摄像头捕获到，然后通过手机来解决。
如果她但愿理解这罐汤更多信息，例如与之竞争同类产品，那么她可以用手指与投射画面进行互动，从而获取更多信息。
SixthSense设备还可以辨认某些复杂手势，例如你在手腕上画一种圆圈，SixthSense设备就可以投射一款手表来显示当前时间。
AR系统构造
一种典型AR系统构造
一种典型AR系统构造由虚拟场景生成单元、透射式头盔显示屏、头部跟踪设备和交互设备构成。
其中虚拟场景生成单元负责虚拟场景建模、管理、绘制和其他外设管理；透射式头盔显示屏负责显示虚拟和现实融合后信号；头部跟踪设备跟踪顾客视线变化；交互设备用于实现感官信号及环境控制操作信号输入输出。
一方面透射式头盔显示屏采集真实场景视频或者图像，传入后台解决单元对其进行分析和重构，并结合头部跟踪设备数据来分析虚拟场景和真实场景相对位置，实现坐标系对齐并进行虚拟场景融共计算；交互设备采集外部控制信
号，实现对虚实结合场景交互操作。
系统融合后信息会实时地显示在头盔显
示器中，呈当前人视野中。
AR核心技术
当前AR技术技术难点在于：
精准场景理解、重构和高清晰度、大视场显示技术。
1、对现实场景理解和重构
在增强现实系统中，一方面要解决“是什么”问题，也就是要理解、懂得场景中存在什么样对象和目的。
第二要解决“在哪里”问题，也就是要对场景构造进行分析，实现跟踪定位和场景重构。
物体检测和辨认技术
物体检测和辨认
物体检测和辨认目是发现并找到场景中目的，这是场景理解中核心一环。
广义物体检测和辨认技术是基于图像基本信息（各类型特性）和先验知识模型（物体信息表达），通过有关算法实现对场景内容分析过程。
在增强现实领域，常用检测和辨认任务有，人脸检测、行人检测、车辆检测、手势辨认、生物辨认、情感辨认、自然场景辨认等。
当前，通用物体检测和辨认技术，依照不同思路可以分为两种：
一种是从分类和检测角度出发，通过机器学习算法训练得到某一类对象普通性特性，从而生成数据模型。
这种办法检测或者辨认出目的不是某一种详细个体，而是一类对象，如汽车、人脸、植物等。
这种辨认由于是语义上检测和辨认，因此并不存在精准几何关系，也更合用于强调增强辅助信息，不强调位置应用场景中。
如检测人脸后显示年龄、性别等。
此外一种辨认是从图像匹配角度出发，数据库中保存了图像特性以及相应标注信息，在实际使用过程中，通过图像
匹配办法找到最有关图像，从而定位环境中目的，进一步得到辨认图像和
目的图像精准位置，这种辨认合用于需要对环境进行精准跟踪应用场景。
就现阶段而言，辨认检测技术难点之一是技术碎片化。
这一方面是由于每一类对象都会有其独有特性，而不同特性提取和解决都需要实现一一相应，这对辨认检测是一种巨大挑战。
另一方面，图像自身还受到噪声、尺度、旋转、光照、姿态等因素影响。
近几年来，随着深度学习技术不断成熟，检测和识别办法也越来越统一，而性能也在不断提高中。
跟踪定位技术
跟踪技术办法可以分为基于硬件和基于视觉两大类。
基于硬件设备三维跟踪定位办法在实现跟踪定位过程中使用了某些特殊测量仪器或设备。
惯用设备涉及机械式跟踪器、电磁式跟踪器、超声波跟踪器、惯性跟踪器以及光学跟踪等。
光学跟踪和惯性跟踪是比较惯用两种硬件跟踪方式，HTCVive就是采用了光学跟踪和惯性跟踪两种硬件来定位头部位置。
使用硬件设备构成跟踪系统大多是开环系统，跟踪精准取决于硬件设备自身性能，其算法扩展性要差某些，且成本相对较高。
HTCVive采用光学和惯性跟踪设备
视觉跟踪办法具备更强扩展性，其系统多为闭环系统，更依赖于优化算法来解决跟踪精度问题。
相比于上述基于硬件设备跟踪办法，计算机视觉跟踪办法提供了一种非接触式、精准、低成本解决办法，但是基于视觉办法受限于图像自身，噪声、尺度、旋转、光照、姿态变化等因素都会对跟踪精度导致较大影响，因而更好地解决这些影响因素，研发鲁棒性强算法就成为下一步AR技术研究重点。
依照数据生成方式，视觉跟踪技术算法可以分为两种，一种是基于模板匹配方式，预先对需要跟踪target进行训练，在跟踪阶段通过不断跟预存训练数据进行比对解算当前位姿。
此类办法好处是速度较快、数据量小、系统简朴，合用于某些特定场景，但不合用于大范畴场景。
此外一种是SLAM办法，也就是即时定位和地图构建技术。
此类技术不需要预存场景信息，而是在运营阶段完毕对于场景构建以及跟踪。
其长处是不需要预
存场景，可以跟踪较大范畴，合用面广，在跟踪同步也可以完毕对于场景构造
重建。
但当前此类技术计算速度慢、数据量大、算法复杂度高，对于系统要求也较高。
Hololens和MagicLeap宣传视频中都呈现了这方面技术，而亮风台对相应技术也在研发当中。
SLAM跟踪技术
为了弥补不同跟踪技术缺陷，许多研究者采用硬件和视觉混合跟踪办法来取长补短，以满足增强现实系统高精度跟踪定位规定。
2、增强现实显示技术
透射式头盔显示屏
透射式头盔显示屏Hololens
当前大多数AR系统采用透视式头盔显示屏实现虚拟环境与真实环境融合。
依照真实环境体现形式划分，重要有视频透视式头盔显示屏和光学透视式头盔显示屏两种形式。
视频透视式头盔显示屏通过安装在头盔上微型摄像头获取外部真实环境图像，也就是通过摄像头来采集真实场景图像进行传递。
计算机通过场景理解和分析将所要添加信息和图像信号叠加在摄像机视频信号上，将计算机生成虚拟场景与真实场景进行融合，最后通过类似于浸没式头盔显示屏显示系统呈现给顾客。
虽然视频透射式头盔在显示上不受强光干扰，具备比较大视场，但由于真实环境数据来自于摄像头，因而会导致显示辨别率较低不利因素。
另一方面，一旦摄像机与顾客视点不能保持完全重叠，顾客看到视频景象与真实景象将会存在偏差，因而会导致在某些领域（特别是工业、军事等领域）浮现某些安全隐
患。
光学原理透视式头盔显示屏基本原理则是通过安装在眼前一对半反半透镜融合呈现出真实场景和虚拟场景。
与视频透射式不同是，光学透视式“实”来自于真实光源，通过透视光学系统直接进入眼睛，计算机生成“虚”则经过光学系统放大后反射进入眼睛，最后两某些信息汇聚到视网膜上从而形成虚实融合成像效果。
光学透视式头盔相对来说构造简朴，辨别率更高，因其可以直接看到外部，真实感和安全性也更强。
其缺陷是，在室外强光条件下显示效果会受影响。
当前Hololens以及亮风台HiARGlasses都采用了光学透射式成像方案。
不难看出，两种方案各有优缺陷，如何选取最优方案，当前来看，还应基于实际应用场景来进行判断。
由于光学透射式头盔跟实际场景结合更紧密，真实感更强，大多数厂家会选取这种方案。
对于透射式头盔显示屏来说，单纯强调厚薄或者视场大小并没有任何实际意义。
这是由于厚度和视场是矛盾，要做得较薄，以便顾客使用佩戴，视场就必然变小；想要拥有大视场，则其厚度就必然增大，设备就当前来说也会显得比较笨重，不易佩戴。
因而在当前技术仍旧存在障碍状况下，人们都会采用某些折中方案。
数字光场显示
Magicleap光场显示
随着MagicLeap宣传视频，数字光场这个概念也变得广为人知。
这种不采用屏幕来做载体显示方式，通过记录并复现光场来完毕虚拟物体显示。
通过呈现不同深度图像，使顾客在观测近景或远景时，可以实现积极对焦，这也是光场显示一大长处。
同样，光场显示也有不同显示方案，一种方案是采用多层显示屏，如光场立体镜。
如MagicLeap采用是光导纤维投影仪。
这套方案优势是可以做到很大视场角，显示更加符合人真实感受。
但这一方案同步也具备比较大挑战性，光场显示需要比较大计算量，并且需要有相应手段记录或者生成想要叠加虚拟对象相应位置光源信息，同步还要精细地控制投影内容和位置，
当前这些技术还都处在研究阶段。
尽管存在比较多挑战，光场显示技术仍旧是非常值得期待一种成像方式。
第三章布局
从当前来看，绝大多数巨头和创业公司更乐意选取在VR领域开疆拓土，但这并不意味着AR无人问津。
苹果
种种迹象显示，苹果也许和微软同样瞄准了AR领域，并非时下最热VR。
苹果已经在AR领域进行过某些并购交易。
年5月，苹果收购了一家名为Metaio德国AR公司。
该公司重要开发基于智能手机AR应用软件，例如其曾经开发一款让家具视觉化呈现工具。
该公司被收购之后，实体被注销，人员融入了苹果开发团队。
年年终，苹果收购了一家从事脸部视觉辨认公司——FaceShift，该公司
技术可以运用摄像头对顾客脸部图像进行实时捕获，甚至可以生成虚拟头像。
据悉，电影《星球大战：
原力觉醒》特效团队曾经使用了上述公司技术，让外星人脸部形象更加栩栩如生。
此外，苹果还曾经收购了以色列硬件公司PrimeSense，该公司重要为微软
Xbox游戏机制造Kinect动感捕获摄像头。
该公司具备了先进手势动作辨认技术。
在AR领域，顾客普通不会使用手持控制器，因而辨认手部动作十分重要，这一技术也可以用于AR头盔中。
除了各种并购之外，苹果也储备了某些和AR关于技术专利。
这些专利并不意味着苹果一定会开发某种技术或者硬件，但是也许披露了苹果将来产品开发某些思路。
年2月，苹果获得一种技术专利，重要用于让智能手机连接AR和VR头盔。
专利描述文字和google、微软、三星电子和Facebook近些年推出过产品十分相似。
但是迄今为止，苹果从未对外宣布过开发AR硬件、软件等产品筹划。
苹果向来并不喜欢做新技术第一批尝鲜者，而是善于在市面已有产品门类中拿出用户体验十分先进产品，依托苹果品牌力大规模占领市场。
因而在AR领域，苹果也会选取一种相对成熟时机再进入市场。
微软
微软应当算是布局AR比较超前巨头公司，其在年就推出了AR头盔
HoloLens，开发者版已经启动预订，售价为3000美元。
咱们之因此可以看到物体，是由于光线被这些物体反弹，最后射入咱们眼中。
而咱们大脑需要对这些光进行复杂运算，最后重现你眼睛所看到物体图像。
HoloLens事实上就是欺骗大脑，将光线以全息图方式发射到你眼睛中，就好像物体真存在于现实世界中同样。
就像下面这幅图，HoloLens可以将屏幕投射到墙上。
当顾客到处走动时，屏幕依然会留在原地，就好像那是一面真实存在镜子。
HoloLens可在对的角度向你眼中发射光线，让你觉得屏幕真出当前墙上。
HoloLens自身就是一台独立电脑，拥有自己CPU和GPU，以及微软所谓全息解决单元，负责支持创造全息图必要所有必要计算。
在消费者方面，HoloLens拥
升级会员 