增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)原理及其在電視中的應(yīng)用

胡勇++韓振棟

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展，各種新型技術(shù)也相繼迸發(fā)，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是其中的典型代表。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，它可以實現(xiàn)虛實結(jié)合，給人們帶來更好的體驗。文章介紹了增強(qiáng)現(xiàn)實概念及其研究進(jìn)展，以及在電視中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 增強(qiáng)技術(shù)；發(fā)展；電視；應(yīng)用

中圖分類號 G2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-0360（2016）21-0039-02

1 增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)概述

所謂的增強(qiáng)現(xiàn)實（Augmented Reality，又叫AR），它是計算機(jī)通過一定的手段能夠?qū)φ鎸嵤澜缇跋笞龀鲆欢ǖ脑鰪?qiáng)，它源自于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，但是又比虛擬現(xiàn)實技術(shù)更深一層。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展概況

2.1 基于標(biāo)識的增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)分析

增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)的雛形是人工標(biāo)志系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的主要作用是通過S-HMD將布線路徑和文字能夠及時地展現(xiàn)在機(jī)械師面前，幫助機(jī)械師一步一步地完成一個拆卸過程。

該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，可以通過人工標(biāo)志來實現(xiàn)攝像機(jī)姿態(tài)的追蹤，具有識別率高和攜帶方便等優(yōu)勢。最為常見的標(biāo)志主要有四類，分別是ARToolKit、HoM、SCR、IGD。計算機(jī)只要啟動識別軟件，就可以和攝像機(jī)一起輕而易舉完成虛擬物體疊加。

2.2 基于自然特征的增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)

在進(jìn)行實際應(yīng)用的過程中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)對于AR標(biāo)記依賴性較強(qiáng)，如果在戶外的大范圍內(nèi)使用，就要將AR標(biāo)記放大到可以看到的程度，這就是系統(tǒng)本身的局限性，需要在以后的發(fā)展中加以克服或者改進(jìn)。

為了解決這個弊端，自然特征點的跟蹤注冊技術(shù)就有了用武之地。通常情況下，這種技術(shù)主要是利用現(xiàn)實環(huán)境中的具有某些明顯特征的位置來給AR提供參考，例如角點、直線和曲線。同時為了能夠得到攝像機(jī)本身的位置和朝向，可以通過對自然特征進(jìn)行提取與特征匹配，來實現(xiàn)虛擬對象的注冊。

2.3 移動增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)

然而，隨著時代的發(fā)展，特別是智能手機(jī)的快速發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)不僅計算能力突出，圖像捕捉能力也非同一般，這給研究人員帶來了新的驚喜，它可以和手機(jī)相互結(jié)合，使得該技術(shù)得到應(yīng)用，這可以說是一個巨大的突破。

3 增強(qiáng)現(xiàn)實的顯示技術(shù)分析

人類的很多信息都是通過眼睛來獲取的，這占到了人類獲取總信息量的近80%。為了能夠?qū)⑦@種技術(shù)應(yīng)用于實際的生活中，最為關(guān)鍵的部分之一就是頭盔顯示技術(shù)。由于目前僅僅是處于初級階段，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)所采用的主要還是透視式頭盔顯示器，根據(jù)使用方式的不同有視頻式和光學(xué)式的區(qū)別。

盡管這兩者都可以應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，但是它們兩者還是有很多差異的，區(qū)別如下：

第一，兩者感知的方式不同，前者主要是通過安裝在頭盔中的攝像機(jī)來實現(xiàn)的，后者是通過自己的眼睛來實現(xiàn)。

第二，獲取信息的速度不同，因為前者使用的是攝像機(jī)，所以在實際運用的過程中需要一定的時間來進(jìn)行圖像處理，導(dǎo)致實際看到的情形會出現(xiàn)延后的現(xiàn)象，同時還有可能因為處理不當(dāng)出現(xiàn)一些細(xì)節(jié)丟失，它的優(yōu)勢是可以避免虛擬物體在真實世界中出現(xiàn)游移的情況；后者是通過眼睛來獲取，這樣信息的可靠性和真實度要相對較高，同時，因為人類眼睛在辨別細(xì)節(jié)方面比較強(qiáng)，所以即使有較小的差別也可以感受得到。

在2016年杭州B20峰會現(xiàn)場，一只萌萌的AR度熊備受參會者喜愛。依托百度智能圖像識別、多模交互、3D視覺為核心的百度AR技術(shù)，參與者可使用手機(jī)百度App“拍一拍”功能，識別度熊形象，“Welcome to B20”的3D小熊便會真實呈現(xiàn)在嘉賓的手機(jī)上，為國內(nèi)外參會嘉賓添加更多趣味。

4 增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在電視中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)虛擬演播廳（室）最主要的區(qū)別在于，虛擬演播廳是通過在藍(lán)箱中摳像實現(xiàn)將主持人放在制作好的虛擬場景中，而增強(qiáng)現(xiàn)實特效是將各種虛擬數(shù)字信息實時融合在電視畫面中，并實現(xiàn)與主持人的互動，因此更適合室內(nèi)外復(fù)雜場景的實況轉(zhuǎn)播節(jié)目。隨著各種傳感器與定位技術(shù)的快速發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實在現(xiàn)場轉(zhuǎn)播中的使用也變得越來越廣泛與

復(fù)雜。

樂視體育2016年8月的新賽季英超戰(zhàn)略發(fā)布會上，樂視體育首席內(nèi)容官劉建宏透露，英超2016/17賽季的轉(zhuǎn)播將應(yīng)用360度全景、AR增強(qiáng)現(xiàn)實等最新轉(zhuǎn)播技術(shù)，從而極大的提升轉(zhuǎn)播效果。

LiveLine系統(tǒng)是結(jié)合了全球定位系統(tǒng)與攝像機(jī)搖臂傳感器實現(xiàn)實時三維空間注冊的增強(qiáng)現(xiàn)實電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)。每個帆船上都有一個精確到2 cm的軍用級GPS定位系統(tǒng)，實時把每個帆船的位置發(fā)送到LiveLine系統(tǒng)中，同時，轉(zhuǎn)播直升機(jī)上通過GPS和慣性傳感器，實時把攝像機(jī)的空間位置、俯仰角度（pitch）、偏轉(zhuǎn)角度（yaw）和滾動角度（roll）的6DOF數(shù)據(jù)信息傳給LiveLine系統(tǒng)。結(jié)合這兩組數(shù)據(jù)，LiveLine系統(tǒng)可以計算出帆船、海面在轉(zhuǎn)播畫面對應(yīng)的現(xiàn)實空間中的三維坐標(biāo)位置，以實現(xiàn)實時地疊加各種比賽相關(guān)的虛擬信息在帆船以及水面上，如帆船上的國旗與行駛速度、比賽場地邊界、風(fēng)向資料等。

基于移動終端增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)、實現(xiàn)觀眾與電視節(jié)目進(jìn)行實時在線互動，也是增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)與電視技術(shù)結(jié)合的一個全新方向。德國著名的《伽利略（Galileo）系列科普電視節(jié)目》就采用了這種技術(shù)，讓節(jié)目觀眾通過手機(jī)增強(qiáng)現(xiàn)實互動應(yīng)用參加節(jié)目中的科普問答環(huán)節(jié)，當(dāng)電視觀眾在手機(jī)上啟動這個德國Metaio公司開發(fā)的增強(qiáng)現(xiàn)實互動應(yīng)用，并將攝像頭對準(zhǔn)正在直播的伽利略節(jié)目直播畫面時，通過圖像實時識別追蹤，應(yīng)用會將與直播內(nèi)容同步的問答以AR效果疊加在電視畫面上，供觀眾選擇通過點擊手機(jī)屏幕進(jìn)行答案選擇，其他觀眾回答問題的統(tǒng)計數(shù)據(jù)也會實時地顯示在屏幕上供對比。這種方式使電視觀眾和電視節(jié)目之間能夠更加自然和有效地交互，是典型的廣播電視網(wǎng)、電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的三網(wǎng)融合應(yīng)用。

5 結(jié)束語

本文簡述了增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和現(xiàn)狀，闡述研究中的部分關(guān)鍵技術(shù)和總結(jié)技術(shù)難點。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)從研究領(lǐng)域走進(jìn)了應(yīng)用領(lǐng)域，推動了技術(shù)的革新，并且促進(jìn)了增加現(xiàn)實技術(shù)在電視轉(zhuǎn)播中的更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：胡 勇，助理工程師，研究方向為電視播出技術(shù)。

韓振棟，助理工程師，研究方向為電視播出技術(shù)。