摘 要：增强现实（Augmented Reality，简称 AR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应 图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。这种技术最早于1990年提出。随着随身电子产品运算能力的提升，增强现实的用途越来越广。

关键词：增强显示 模拟训练

1.引言

增强现实技术是近年来在虚拟现实技术的基础上发展起来的一个新兴的研究方向。虚拟现实技术最早是由 美国航空航天局 （ N ASA ） 和军事部门为实现实时仿真提出 并开发出 来的一项高技术， 首先用于驾驶员训练的军事模拟器中，在武器系统性能评价、武器操纵训练及指挥大规模军事演习 等方面发挥了 重大作用。目前虚拟现 实技术仍处于探索中，发展相当缓慢。增强现实， 也称混合现实是将真实环境和虚拟现实的景象结合起来的一种技术，增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维注册的新特点。

2.增强现实的关键技术

增强现实系统需要通过分析大量的定位数据和场景信息来保证计算机生成的虚拟物体可以精确地定位在真实场景中。一般，真实场景由摄像机录制， 摄像机的内部参数（ 焦距和透镜的失真率） 和外部参数（ 位置和方向） 决定了哪一部分三维立体图 像被投影到二维平面。 同时， 虚拟物体由 计算机图形设备在对象坐标系中建模产生。 图像系统需要真实场景中的相关图像信息来控制产生虚拟物体的虚拟摄像机的方向。 最后虚拟图像和真实图像融合， 就形成了增强现实的图像。因此增强现实系统中一般都包含 4 个基本步骤：

（1） 获取真实场景信息；

（2） 对真实场景和相机位置信息进行分析；

（3） 生成虚拟景物；

（4） 合并视频或直接显示。

增强现实系统的关键技术主要包括： 显示技术、跟踪与定位技术和交互技术。

2. 1 显示技术

增强现实系统可以通过多种设备来显示虚拟物体和真实场景的叠加，目前最常用的就是光学式头盔装置和视频式头盔装置光学式头盔装置 （ optical see through HMDs） 是把光学融合器放置在用户眼前来实现增强现实的。这些融合器是部分透光的，以便用户可以通过它直接观察真实世界；同时融合器也是部分反射的，以便由头部监视器投射到融合器上的虚拟物体的光再反射到用户眼里，用户就看到了融合有虚拟物体的真实世界。视频式头盔装置（ video see through HMDs） 封闭了视线，它把一个封闭的视频头盔同一到两个视频摄像机结合在一起。视频摄像机为用户提供真实世界中的场景，场景合成器负责把摄像机视频和虚拟图像进行合并。最后结果由位于封闭头盔上的监视器表现出来， 用户便可以方便观察到增强的真实世界。

2. 2 跟踪与定位技术

由于要实现虚拟和现实物体完美结合， 必须将虚拟物体合并到现实世界中 的准确 位置， 这个过程常称为配准（ registration） ， 因此增强现实的跟踪定位系统必须能够实时地检测观察者在场景中的位置、观察者头部的角度， 甚至是运动的方向， 以便用来帮助系统决定显示何种虚拟物体， 并按照观察者的视场重建坐标系。在增强现实系统中， 最常用的是使用视频检测技术。视频检测就是使用模式识别技术（ 包括模板匹配、边缘检测等方法） 识别视频图像中预先定义好的标记、物体或基准点， 然后根据其偏移和转动角度计算坐标转换矩阵。 用视频检测方法进行定位不需要其他设备， 且定位精确。

2. 3 交互技術

目前许多研究人员在考虑用户如何与增强现实应用进行交互， 如何有效地在增强现实显示器上表现信息/与虚拟信息进行交互是很困难的事。目前， 增强现实交互手段研究有两个趋势： 使用不同的设备， 取各家之长； 通过切实可行的界面， 使虚拟对象与自然界成为一个整体。现在主要使用的交互方式有三种 ：

（1） 菜单： 多用于掌上电脑的应用。

（2） 特殊标记： 用于将特殊的标记固定在用于交互的设备上。

（3） 特制工具： 一般外形简单、易于识别、并且通过按键可以触发一些系统事件。

3 增强现实技术的军事应用

增强现实因为具有真实世界和虚拟世界的融合性及实时交互的特点，使得其在未来陆/海、空、天多维一体的数字化战场上大有用武之地。 20 世纪 90年代初期，增强现实这个名词曾提出，美国就率先将其用于军事领域。近几年增强现实已进入了军事领域的多个方面，并开始发挥其巨大作用。各国也都将增强现实在军事领域的应用列为高度军事机密。目前，增强现实在军事领域的应用主要集中在增强战场环境、军事训练及作战指挥等方面。

3.1 增强战场环境

部队可以利用增强现实来增强战场环境信息，在真实环境中 融合虚拟物体，可以增强真实的战场场景。向系统中输入部队的位置信息，系统不仅能向部队显示真实的战场场景，而且能够通过增加虚拟物体强调肉眼无法看见的环境信息以及敌方或己方的隐藏力量来增强真实战场场景的显示，真正实现各种战场信息的可视化。

3.2 军事训练

增强现实可以为部队的训练提供新方法， 通过增强的军事训 练系统， 可以为军事训练提供比实兵演习更加真实的战场环境。士兵训练时通过随身携带的增强现实系统，不仅可以看到真实的场景，而且可以观察到场景中各种增加的虚拟物体，将军事训练推向更加实战化。

3.3 作战指挥

战场指挥员如何及时掌握瞬息万变的战场情况，一直是作战指挥中的一大难题。将增强现实应用于作战指挥系统中，可以允许各级指挥员同时观看、讨论战场以及与虚拟场景交互，实现整个战场信息的高度共享，这将更有利于各级指挥员快速、正确理解上级意图。通过增强作战指挥系统，指挥员能实时掌握各个作战单元情况，有利于指挥员及时做出正确的作战决策。例如，美国 海军研究试验室开发的战场用增强现实系统 （ BARS），它为城市战场环境中的各级指挥官和士兵之间传达三维战术信息提供了一个实用平台。

参考文献：

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[2] 陈靖.视频增强现实系统及其三维注册技术的研究[D].北京： 北京理工大学，2002： 12-13.

[3] 程委.增强现实及其军事应用研究[J].计算机技术与发展，2007，12（ 2） ： 44-45.

作者简介：何忠海，男 ，籍贯：陕西西安，单位：陆军边海防学院，学历：学士，研究方向：模拟仿真。