ar技术自学入门：突破视界

近日，蔚来与Discovery联合打造的首部沉浸式自然纪录片《森之语》，在NIO PanoCinema独家首映。用户可以通过NIO Air AR Glasses进入一片移动森林。作为蔚来旗下首款原生车载AR眼镜，它让用户在乘车出行时能获得更沉浸的视听体验。

AR技术因何诞生？如何在方寸镜片中获得大屏体验？全新发布的这款车载AR有何黑科技？

本期Tech Talk，我们邀请到了蔚来产品体验负责人Ted，Nreal的创始人徐驰，在对话中与我们分享AR技术的前世今生，以及如何在座舱内开启一场沉浸式视听盛宴。

『AR如何突破“视”界』视频

AR技术因何诞生？

AR技术(Augmented Reality，增强现实)是一种将虚拟信息与真实世界融合的技术，如同在观众与现实间设置一块透明的屏幕，拥有展示、交互功能。

某型客机平视系统画面

这项技术源自航空领域——1960年，为帮助战机飞行员更好地锁定目标，美国A-5舰载攻击机率先搭载HUD系统(Head Up Display，平视显示系统)，使飞行员目视前方就能同时看到舱外目标及对应参数。如今，这块显示屏多被集成在头盔的显示器中。

Sutherland是兼具AR与VR功能的显示系统

1968年，计算机图形学之父——伊凡·苏泽兰(Ivan Sutherland)率团队开发出一套光学透视头戴式显示系统——“Sutherland”，能通过透明的镜片看到与现实叠加的立方体图像，它被视作增强现实技术的先驱。

1992年，波音公司的研究员在论文中首次用Augmented Reality描述“将计算机呈现的元素覆盖在真实世界上”，增强现实概念终于有了自己的名字。

Google Project Glass

Microsoft HoloLens

Pokemon Go

而真正让AR为全球用户所熟知的，是三款风靡全球的产品：谷歌眼镜——Google Project Glass(2012)，微软混合现实设备——Microsoft HoloLens(2015)，Niantic与任天堂联合推出的AR游戏Pokemon Go(2016)。

怎样在眼前“无中生有”？

如今，主流的头戴式AR设备已经能借助比近视眼镜还小的镜片，呈现等效几米外数百英寸的巨幕体验。AR成像的核心光学原理，竟是源自大脑的“误判”——光总是沿直线传播的。

每当有光线进入眼睛（即使光线进入眼睛前发生了多次折射或反射），大脑便会顺着进入眼睛光线的反向方向，推算光源位置并形成影像。因此，我们在照镜子时，会觉得镜子里有一个“自己”。在“水中捞月”的故事里，猴子们也被水面反射的月光所欺骗，认为水中真有月亮。

AR眼镜的成像原理与之类似：光源发出的影像经凸透镜放大，再经过分光镜反射，最后经由曲面镜反射进入眼睛。大脑沿进入眼睛光线的反向直线方向形成图像，实现了远比初始影像更大的视觉体验。同时，眼睛仍可通过半透光的分光镜与曲面镜观察外部环境。

目前头戴式AR设备采用的成像方案包括棱镜、离轴反射/曲面反射、Birdbath、衍射光波导等，它们在清晰度、视野、体积、成本、成熟度方面各有优势。其中，Birdbath均衡性相对更高，是行业领先的技术方案，而包括衍射波导在内的光波导技术，在突破良品率、成本等瓶颈后，有望成为新贵。

解决了成像问题，AR体验还需三大技术加持：三维注册（跟踪注册技术）、虚拟现实融合显示、人机交互——

三维注册可以将环境元素与虚拟信息进行匹配（注册），实现数据与现实的“虚实相生”；

虚拟现实融合显示可以将画面与环境叠加，实现图像与现实的“虚实相伴”；

人机交互可以将交互的范围拓展至整个环境中，实现指令与现实的“虚实相交”。

AR如何突破物理极限？

AR技术相比其它显示方案的一个显著优势，是能在保留现实观感的基础上，叠加丰富的虚拟信息。基于此，娱乐、工程、医疗、科研等领域都能借助这一优势突破物理极限。

在车载娱乐场景中，AR技术可以打破车机物理屏幕的限制，带来媲美影院的观影体验。以NIO Air AR Glasses为例，其观影效果相当于等效4米外的130英寸大屏体验，并支持3D成像。配合显微镜的精密光学组装和校准工艺，可实现双目1080P全高清的细腻画质。

由于用户通过半透明镜片可以在观影时目视前方，视觉与车辆运动状态基本一致，能减少因视觉与身体的运动感知差异带来的晕眩感。在此基础上，NIO Air AR Glasses在业界首创了画面实时防抖技术。通过实时防抖算法，结合陀螺仪等传感器检测用户姿态变化，可在颠簸、转向等场景下保持画面稳定，进一步提升舒适性。

适合车内场景的交互方式也必不可少。在蔚来PanoCinema全景数字座舱内，用户可以通过NOMI语音、Air Ring智能指环、手机APP等交互方式，完成AR体验时的各项操作，便捷又安全。

除了娱乐体验外，在工程领域，AR技术可以辅助工程师透过复杂的机械结构锁定目标，在不停机的情况下结合运行数据排查隐患。在环境恶劣的地区，甚至可结合无人机，通过AR技术对设备进行远程诊断与维修。

在医疗领域，AR技术已经在远程视频会诊、手术室多屏信息融合等方面开展尝试。随着人机交互、模拟分析等技术与AR打通，未来精密手术中，医生有望通过实时同步、放大、透视的虚拟成像，操控机械手精准、快捷地完成高难度手术。

自谷歌眼镜诞生至今的10年间，AR技术向着交互更全面、体验更沉浸、体感更舒适、价格更亲民的方向不断发展，其魅力不仅限于眼下丰富的应用场景，更在拓展未来的无限可能。让我们一起期待吧。

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