第一章
AR終端——營造虛擬和現實交織的新場景

AR眼鏡（頭顯）——電子通信設備的未來

AR技術的出現是時代發展的必然結果。進入21世紀，人們對電子產品的需求是小型便攜化，但同時要求多功能化，這就促使商用計算機從笨拙幾乎不可移動的臺式機演變到超薄可移動的筆記本電腦，也促使手機從只具有通信功能的“大磚頭”演變到如今輕薄的iPhone等智能手機。手機不僅方便攜帶，功能也變得越來越強大，以前PC端的功能現在在手機上也很容易實現，也有不少的商家把應用產品的重點從PC端轉移到了手機移動端。根據艾瑞咨詢數據統計，移動電子商務2015年的交易額占比已經達到了55.5%，超過了PC端并呈現持續上升的勢頭。雖然目前移動應用發展迅猛，但同時應看到，手機等移動設備還存在一些不足，比如屏幕較小、視覺和操作受限等。人們迫切需要小型化同時功能強大的新型電子產品。AR技術利用虛擬的物體增強現實感覺。只需戴上AR眼鏡（頭顯），你就可以看見在現實場景中融入的虛擬的大屏幕，也可以用虛擬鍵盤到現實場景中進行操作，以此來滿足人們對小型化同時功能強大的電子產品的預期和需求。

AR眼鏡（頭顯）還具有普通電子產品所不具備的優勢。普通電子產品的顯示大多數是二維平面的，而AR技術下的顯示不再單單是二維平面，而是可以將虛擬場景融入真實世界中，達到三維顯示的效果。隨著AR技術進步和功能完善，虛擬3D場景將更加真實和具有立體感，能達到不摘下眼鏡虛假難辨的程度。AR技術應用廣泛，可以用于醫療培訓、軍事演習、建筑建模、古跡復原、旅游觀光、視頻娛樂等多個領域，未來的商業應用前景十分廣闊。

AR系統追求的是真實場景和虛擬物體無縫聯結，而且真實物體和虛擬物體之間還要能夠進行交互。因此，AR系統功能的實現需要解決很多關鍵性技術，主要有顯示技術、跟蹤和定位技術、界面和可視化技術、標定技術等。在解決了這些技術性問題后，AR的產品化還需要考慮設備的輕便性、功耗控制和成本控制等方面的問題。

可以預期，隨著資本投入和技術進步，AR行業在未來5～10年會出現爆發式增長，集成計算機和手機功能的AR眼鏡（頭顯）在技術等方面成熟后會逐漸占據原有的智能手機和平板電腦市場，十年以后將會逐步取代商用計算機市場。

Microsoft HoloLens——從二維到三維的革新

Microsoft HoloLens全息眼鏡由微軟公司于北京時間2015年1月22日凌晨與Windows 10同時發布。全息眼鏡HoloLens是一個擁有全息功能的頭戴式顯示計算機，它承載著微軟將Windows從PC端移植到現實空間的使命（如圖1.1）。

HoloLens本身就裝有Windows 10操作系統，所以主菜單上有一些基本的功能，如Edge瀏覽器等，Windows商店里也有一些為HoloLens設計的工具軟件和游戲可以下載。到目前為止，HoloLens開發的功能主要有輔助建模、查看天氣、玩游戲、看視頻新聞等。HoloLens交互功能的實現主要通過手勢和語音，操作起來比較方便，可以設置多個窗口和虛擬物品到現實場景中（如圖1.2）。

這款HoloLens產品雖然實現了很多技術上的突破，但實際上還有一些不足之處：首先，這款產品的電池最長續航時間僅為5.5個小時，在高負載使用情況下，電池續航時間只有2.5個小時；其次，HoloLens的視野范圍有些狹窄，也反映出這款產品在技術上的不完善；此外，這款產品的售價定在3000美元左右，對于普通人來說還是偏高的。綜合來看，由于待機時間短、功能有限、價格昂貴等問題，HoloLens暫時還無法對智能手機市場造成較大沖擊，目前主要面向行業特定使用者和有消費能力的IT愛好者。但隨著微軟技術的提高，若下一代產品將待機時間和視野問題改善，同時增加更多的功能和軟件應用，且逐步削減成本的話，在未來很可能會被更多消費者接受。

Magic Leap——奇跡創造者

Magic Leap成立于2011年，是美國一家專門研究AR產品應用的公司。Magic Leap一建立，就創造了資本市場的一個奇跡：在沒有具體產品問世之前，就實現了巨額C輪融資，估值至少達到45億美元。

2014年10月，Magic Leap獲得由Google領投的5.42億美元的B輪融資，高通（Qualcomm）公司、私募股權公司KKR、保羅·艾倫（Paul Allen）的投資公司Vulcan、風險投資公司KPCB、Andreessen Horowitz和Obvious Ventures等大牌投資機構跟投。同時，Google新任CEO桑達爾·皮查伊（Sundar Pichai）也加入了該公司董事會。

2016年2月，阿里巴巴在Magic Leap的C輪融資中領投共計籌資7.94億美元。5月，追加投資2億美元，投資金額累計已接近10億美元。至此，Magic Leap融資接近16億美元。

那么，這家公司的魔力源泉在哪里呢？我們看下面幾張圖片就能窺其一斑（如圖1.3，1.4，1.5）。

Magic Leap之所以能夠獲得巨額的投資，和它所研究的AR尖端技術有直接關系，主要包括SLAM（simultaneous localization and mapping，即時定位與地圖構建）感知技術、計算機視覺處理技術、光場成像技術和相應的4D光場的重構算法等。其中，負責感知研究的前高級副總裁加里·布拉德斯基（Gary Bradski）是計算機視覺領域的領軍人物，在英特爾公司（Intel Corporation）和柳樹車庫（Willow Garage）創造并發展了OpenCV（Open Source Computer Vision Library，開放源代碼計算機視覺類庫），OpenCV是一個基于（開源）發行的跨平臺的計算機視覺庫，可以實現圖像處理的很多算法。關鍵的計算機視覺技術負責人吉恩·伊夫斯·布蓋（Jean-Yves Bouguet）在微軟研究院工作過十年，在這個領域有著十分豐富的經驗；藝術設計、游戲和動漫方面的人才有前蘋果游戲設計師格雷姆·德文（Graeme Devine）；此外還有其他各領域頂尖人才加盟，這足以讓外界相信他們的研發水平和實力。因此，Magic Leap雖然至今還未發布過產品，但其團隊實力和宣傳所展示出的震撼效果已經使資本界折服，據說他們目前正在調試生產線，已做好了產品量產的準備，讓我們拭目以待。

Meta——雄心壯志的追趕者

美國Meta公司是雷蒙德·羅（Raymond Lo）與另外兩位合伙人——曾在以色列軍方從事增強現實技術研究的CEO梅龍·格里貝茨（Meron Gribetz）、悉尼大學計算機專業COO本·桑德（Ben Sand）在美國著名創業孵化器Y Combinator的支持下于2012年創立的，公司總部位于加州的波托拉瓦利（Portola Valley）。

之后，公司又迎來了兩位重量級人物的加盟——史蒂文·費納（Steven Feiner）和史蒂文·曼（Steven Mann）。史蒂文·費納是哥倫比亞大學教授，全球增強現實技術領域的領先學者之一，被譽為“增強現實技術之父”；史蒂文·曼被譽為“可穿戴計算之父”，三十年前在麻省理工的媒體實驗室創辦了穿戴式計算實驗室。

2015年1月，Meta公司獲2300萬美元A輪融資，領投方為李嘉誠的維港投資（Horizons Ventures）、蒂姆·德雷珀（Tim Draper）、京東方光電（BOE Optoelectronics），以及YC合伙人加里·譚（Garry Tan）和亞歷克西斯·歐海寧（Alexis Ohanian），丹華資本等。2016年6月14日，Meta公司宣布完成5000萬美元的B輪融資，本輪投資方主要包括維港投資、聯想、騰訊、高榕資本、康卡斯特風險投資公司（Comcast Ventures）和GQY視訊。從這兩次融資結果可以看出來，中國資本對于該公司AR產品的興趣很大，也從側面反映出Meta公司不可小覷的實力。

在2016年2月的TED大會上，Meta公司推出了新一代產品Meta 2（如圖1.6，1.7），售價為949美元（Meta 2頭顯+SDK），在Meta公司官網可以進行預定。

目前，Meta 2公布的參數顯示其擁有90度的半透明視野，屏幕分辨率為2560×1440dpi。值得注意的是，它還裝有位置追蹤傳感器和一個720P的前置攝像頭，用戶可以直接用手勢進行操控，機身內設有4個揚聲器，可以自由調節聲音和亮度。除此之外，在App開發方面，Meta 2還支持Unity 3D圖像引擎功能。

唯一遺憾的是，這是一款需連接電腦的AR眼鏡，要求一臺運行Windows 8或10的PC。相比之下，微軟HoloLens是款無線產品，可以獨立運行，這是Meta 2最大的劣勢。但另一方面，Meta 2比HoloLens更具有價格優勢，花費只相當于HoloLens的三分之一。就像Meta公司官網上所承認的一樣，Meta 2更多是面向開發者，而非普通消費者。可見，Meta公司的市場定位首先是工業級應用，而非消費應用，這與微軟既面向工業級又兼顧有消費能力的IT愛好者的市場定位不同。相信，以Meta 2的性價比，在工業級開發者應用中應該會占據重要的一席之地。

Google——并未成功的探索者

谷歌公司是AR穿戴設備開發的先驅，他們曾經在2012年4月發布了一款“拓展現實”的谷歌眼鏡（Google Project Glass）（如圖1.8），它具有和智能手機幾乎一樣的功能，可以通過聲音來控制拍照、進行視頻通話和查明方向、查詢天氣和交通情況，以及上網沖浪、處理文字信息和電子郵件等。

谷歌眼鏡雖然是AR技術應用的先行者，但它的市場開發并不成功，這款產品于2015年1月就已經停售。分析谷歌眼鏡失敗的原因，作者認為主要有以下幾點：

1．在沒有特別突出的功能和技術應用的情況下，1500美元的售價顯得過高，很難大面積推廣；

2．佩戴谷歌眼鏡時，用戶右眼球必須看著眼鏡右上方的投影儀微光，才能看清楚具體的數據與文字，但這樣可能會造成用戶的注意力分散，存在一定的危險；

3．續航時間過短，雖然谷歌官方宣稱續航時間為6小時左右，但實際錄制視頻的時間只有45分鐘，看視頻最多2小時，且常伴隨發熱嚴重的情況；

4．缺少展現其高端技術的殺手級應用程序，且系統處理能力有限，一些程序運行也不夠順暢；

5．健康問題，從一些用戶的反饋來看，使用谷歌眼鏡時右眼需要用力，時間長的話可能會造成左右眼視力不均，給用戶視力帶來永久的損害。

雖然谷歌眼鏡以失敗告終，但它也為后來者提供了寶貴經驗。科學探索就是需要這樣，在不斷的失敗后才能取得成功。因此，谷歌眼鏡的出現意義非同尋常，完全可以稱為AR穿戴技術的鼻祖產品之一。

DAQRI——工業應用先行者

DAQRI成立于2010年，總部位于美國的洛杉磯，官網定位自身是改變未來工業生產的人機交互公司，目前員工已超過300人，融資超過1.3億美元。據Forbes（《福布斯》）消息，2016年其收購了一家英國全息技術公司Two Trees Photonics。Two Trees Photonics創建于2010年，主要研發方向是動態全息顯示技術，該技術來自劍橋大學。

在2016年國際消費電子展（CES）上，DAQRI聯合英特爾（Intel）發布了首款智能頭盔（如圖1.9），DAQRI主要為這款產品提供了傳感器、計算機視覺和導航技術、數據傳輸技術支持等。這款產品搭載了英特爾Core M7處理器，應用RealSense（實感）技術，能夠在顯示屏界面上實時向用戶提供定位、安全信息等數據，主要應用在建筑工地、油氣管道維修等專業性工業領域。這款工業級產品目前已經開始在官網上售賣。

DAQRI智能頭盔利用增強現實特性，使工人可以通過設備檢查技術來查看儀器和設備的運行狀況，發現肉眼難以察覺的事物，無須手動操作便可在現實裝備和物體上顯示指導或其他數字元素，對任何可能存在的危險元素進行預先提醒，其潛在應用包括拍照、3D地圖等。

所以，DAQRI公司的這款產品不僅能有效提高工人的工作效率和生產安全性，而且可以大幅度節約成本。這款產品也是AR和AI技術的一次比較完美的結合，它同時采用了AI中的計算機視覺識別技術和部分AR技術，是一款業內評價不錯的工業級AR產品，相信等功能逐步完善以后，一定會在工業領域大有作為。