3.1 增强现实阐述
在前面的章节，笔者对增强现实的概念有了一定的阐述。什么是增强现实技术？增强现实技术就是将现实信息和虚拟信息集合起来的一种技术。下面将从组成形式和工作原理两个方面对增强现实进行详细阐述。
3.1.1 组成形式
通常来说，不论是虚拟现实系统，还是增强现实系统，都是由一系列紧密联系的硬件、软件协同实现目标的。对于增强现实系统来说，主要的组成形式如图3-1所示。
图3-1 增强现实系统的组成形式
下面笔者将对这3种组成形式进行简单介绍。
1．Monitor Based
Monitor Based增强现实系统是一套最简单实用的AR实现方案，其主要原理如图3-2所示。
图3-2 Monitor Based增强现实系统的主要原理
Monitor Based增强现实系统是被研究者们采用得最多的一种系统，因为这套方案对硬件的要求比较低，这是Monitor Based系统的优势，但是Monitor Based系统也有缺点，即它不能给用户带来太多的沉浸感。
2．光学透视式和视频透视式
在增强现实系统中，为了增强用户的沉浸感，研究者们也采用了类似的显示技术，即它就是穿透式HMD（Head-mounted Displays），而且根据具体实现原理，可以将穿透式HMD分为两大类，如图3-3所示。
图3-3 穿透式HMD的分类
3．三种组成形式的信息传输通道
在Monitor Based系统方案和视频透视式系统方案中，输入计算机中信息的有两个通道传输，如图3-4所示。
图3-4 将信息输入计算机中的通道
而在基于光学透视式HMD（Optical See-through HMD）实现方案中，主要是以光学的方法合成，如图3-5所示。
图3-5 Optical See-through HMD的信息传输方式
4．3种组成形式的比较
在性能上，3种组成形式各有利弊，下面从两个方面进行介绍。
1）系统延迟对比
●在Monitor Based增强现实系统和视频透视式系统中，因为是通过摄像机来获取真实场景的图像，然后在计算机中实现虚拟现实图像的合成和输出，所以其最大的利弊如图3-6所示。
图3-6 Monitor Based系统和视频透视式系统的利弊
●基于光学透视式的虚拟现实系统中，由于真实场景图像不受计算机控制，因此没有办法补偿系统延迟。
2）虚实注册的辅助对比
对于虚实注册的辅助对比情况如图3-7所示。
图3-7 对于虚实注册的辅助对比情况
3.1.2 工作原理
在早期，增强现实系统的基本理念就是将感官增强功能添加到真实环境中，看似很简单，其实不然，后来，有研究者对增强现实的工作原理进行了完善，如图3-8所示。
图3-8 研究者进一步完善的增强现实的工作原理
通常，想要让增强现实系统正常工作需要3个组件，这3个组件和它们的重要作用如图3-9所示。
图3-9 让增强现实系统正常工作需要的组件
下面来了解一下这个系统中的每个组件。
1．头戴式显示器
头戴式显示器是一种戴在头上的设备，它能给人们显示出图像信息和色彩信息，有头盔形式的，也有眼罩形式的。如图3-10所示为（眼罩）头戴式显示器。
图3-10 （眼罩）头戴式显示器
头戴式显示器可以被应用在很多方面，最常应用的领域如下。
●游戏领域。
●医学领域。
●军事领域。
●娱乐领域。
应用在游戏领域主要是为了增加玩家的趣味性和逼真效果，让玩家在游戏中体验到“身临其境”的感觉。
应用在医学领域主要是为了给医生提供绝佳的实验、观看和感知的条件，例如索尼公司发布的一款医疗头戴式显示器（型号：HMM-3000MT），这款头戴式显示器能够帮助医生查看病人体内的病理图像，比起传统的显示屏查看方式，这种方式在诊疗距离和诊疗方式上更加利于医生实行诊疗。
应用在娱乐领域主要是体现在影视、音乐、比赛等方面，让人们在旅途中可以享受到无比震撼的视觉盛宴。
在军事上主要包括两方面的应用：军事航空和数据士兵。如图3-11所示为头戴式显示器在军事上的应用。
图3-11 头戴式显示器在军事上的应用
专家提醒
头戴式显示器的主要原理是：通过光学系统放大超微显示屏上的图像，然后再近距离将画面投射到人的眼睛里。
2．跟踪系统
在增强现实中，用来捕捉人头部运动的头部跟踪系统是一个非常重要的系统，其实现主要有两种方式，如图3-12所示。
图3-12 头部跟踪系统实现的两种方式
3．移动计算能力
随着移动通信、互联网等技术的兴起，移动计算也渐渐发展成为一门新兴技术。在计算技术研究领域中，移动计算是一个热点，它凭借其范围广、多学科交叉等特点成为对未来产生深远影响的四大技术之一。移动计算的核心理论如图3-13所示。
图3-13 移动计算的核心理论
移动计算技术的主要作用包括两点，如图3-14所示。
图3-14 移动计算技术的主要作用
与固定网络上的分布计算相比，移动计算主要具有以下几大特点，如图3-15所示。
图3-15 移动计算技术的主要特点
目前增强现实系统的信息转播能力，都是通过移动计算能力来处理的，它能够在无线的情况下，将信息转播到显示器上，然后让人们在显示器上看到流畅清晰的增强现实图像。