第一章
AR终端——营造虚拟和现实交织的新场景

AR眼镜（头显）——电子通信设备的未来

AR技术的出现是时代发展的必然结果。进入21世纪，人们对电子产品的需求是小型便携化，但同时要求多功能化，这就促使商用计算机从笨拙几乎不可移动的台式机演变到超薄可移动的笔记本电脑，也促使手机从只具有通信功能的“大砖头”演变到如今轻薄的iPhone等智能手机。手机不仅方便携带，功能也变得越来越强大，以前PC端的功能现在在手机上也很容易实现，也有不少的商家把应用产品的重点从PC端转移到了手机移动端。根据艾瑞咨询数据统计，移动电子商务2015年的交易额占比已经达到了55.5%，超过了PC端并呈现持续上升的势头。虽然目前移动应用发展迅猛，但同时应看到，手机等移动设备还存在一些不足，比如屏幕较小、视觉和操作受限等。人们迫切需要小型化同时功能强大的新型电子产品。AR技术利用虚拟的物体增强现实感觉。只需戴上AR眼镜（头显），你就可以看见在现实场景中融入的虚拟的大屏幕，也可以用虚拟键盘到现实场景中进行操作，以此来满足人们对小型化同时功能强大的电子产品的预期和需求。

AR眼镜（头显）还具有普通电子产品所不具备的优势。普通电子产品的显示大多数是二维平面的，而AR技术下的显示不再单单是二维平面，而是可以将虚拟场景融入真实世界中，达到三维显示的效果。随着AR技术进步和功能完善，虚拟3D场景将更加真实和具有立体感，能达到不摘下眼镜虚假难辨的程度。AR技术应用广泛，可以用于医疗培训、军事演习、建筑建模、古迹复原、旅游观光、视频娱乐等多个领域，未来的商业应用前景十分广阔。

AR系统追求的是真实场景和虚拟物体无缝联结，而且真实物体和虚拟物体之间还要能够进行交互。因此，AR系统功能的实现需要解决很多关键性技术，主要有显示技术、跟踪和定位技术、界面和可视化技术、标定技术等。在解决了这些技术性问题后，AR的产品化还需要考虑设备的轻便性、功耗控制和成本控制等方面的问题。

可以预期，随着资本投入和技术进步，AR行业在未来5～10年会出现爆发式增长，集成计算机和手机功能的AR眼镜（头显）在技术等方面成熟后会逐渐占据原有的智能手机和平板电脑市场，十年以后将会逐步取代商用计算机市场。

Microsoft HoloLens——从二维到三维的革新

Microsoft HoloLens全息眼镜由微软公司于北京时间2015年1月22日凌晨与Windows 10同时发布。全息眼镜HoloLens是一个拥有全息功能的头戴式显示计算机，它承载着微软将Windows从PC端移植到现实空间的使命（如图1.1）。

HoloLens本身就装有Windows 10操作系统，所以主菜单上有一些基本的功能，如Edge浏览器等，Windows商店里也有一些为HoloLens设计的工具软件和游戏可以下载。到目前为止，HoloLens开发的功能主要有辅助建模、查看天气、玩游戏、看视频新闻等。HoloLens交互功能的实现主要通过手势和语音，操作起来比较方便，可以设置多个窗口和虚拟物品到现实场景中（如图1.2）。

这款HoloLens产品虽然实现了很多技术上的突破，但实际上还有一些不足之处：首先，这款产品的电池最长续航时间仅为5.5个小时，在高负载使用情况下，电池续航时间只有2.5个小时；其次，HoloLens的视野范围有些狭窄，也反映出这款产品在技术上的不完善；此外，这款产品的售价定在3000美元左右，对于普通人来说还是偏高的。综合来看，由于待机时间短、功能有限、价格昂贵等问题，HoloLens暂时还无法对智能手机市场造成较大冲击，目前主要面向行业特定使用者和有消费能力的IT爱好者。但随着微软技术的提高，若下一代产品将待机时间和视野问题改善，同时增加更多的功能和软件应用，且逐步削减成本的话，在未来很可能会被更多消费者接受。

Magic Leap——奇迹创造者

Magic Leap成立于2011年，是美国一家专门研究AR产品应用的公司。Magic Leap一建立，就创造了资本市场的一个奇迹：在没有具体产品问世之前，就实现了巨额C轮融资，估值至少达到45亿美元。

2014年10月，Magic Leap获得由Google领投的5.42亿美元的B轮融资，高通（Qualcomm）公司、私募股权公司KKR、保罗·艾伦（Paul Allen）的投资公司Vulcan、风险投资公司KPCB、Andreessen Horowitz和Obvious Ventures等大牌投资机构跟投。同时，Google新任CEO桑达尔·皮查伊（Sundar Pichai）也加入了该公司董事会。

2016年2月，阿里巴巴在Magic Leap的C轮融资中领投共计筹资7.94亿美元。5月，追加投资2亿美元，投资金额累计已接近10亿美元。至此，Magic Leap融资接近16亿美元。

那么，这家公司的魔力源泉在哪里呢？我们看下面几张图片就能窥其一斑（如图1.3，1.4，1.5）。

Magic Leap之所以能够获得巨额的投资，和它所研究的AR尖端技术有直接关系，主要包括SLAM（simultaneous localization and mapping，即时定位与地图构建）感知技术、计算机视觉处理技术、光场成像技术和相应的4D光场的重构算法等。其中，负责感知研究的前高级副总裁加里·布拉德斯基（Gary Bradski）是计算机视觉领域的领军人物，在英特尔公司（Intel Corporation）和柳树车库（Willow Garage）创造并发展了OpenCV（Open Source Computer Vision Library，开放源代码计算机视觉类库），OpenCV是一个基于（开源）发行的跨平台的计算机视觉库，可以实现图像处理的很多算法。关键的计算机视觉技术负责人吉恩·伊夫斯·布盖（Jean-Yves Bouguet）在微软研究院工作过十年，在这个领域有着十分丰富的经验；艺术设计、游戏和动漫方面的人才有前苹果游戏设计师格雷姆·德文（Graeme Devine）；此外还有其他各领域顶尖人才加盟，这足以让外界相信他们的研发水平和实力。因此，Magic Leap虽然至今还未发布过产品，但其团队实力和宣传所展示出的震撼效果已经使资本界折服，据说他们目前正在调试生产线，已做好了产品量产的准备，让我们拭目以待。

Meta——雄心壮志的追赶者

美国Meta公司是雷蒙德·罗（Raymond Lo）与另外两位合伙人——曾在以色列军方从事增强现实技术研究的CEO梅龙·格里贝茨（Meron Gribetz）、悉尼大学计算机专业COO本·桑德（Ben Sand）在美国著名创业孵化器Y Combinator的支持下于2012年创立的，公司总部位于加州的波托拉瓦利（Portola Valley）。

之后，公司又迎来了两位重量级人物的加盟——史蒂文·费纳（Steven Feiner）和史蒂文·曼（Steven Mann）。史蒂文·费纳是哥伦比亚大学教授，全球增强现实技术领域的领先学者之一，被誉为“增强现实技术之父”；史蒂文·曼被誉为“可穿戴计算之父”，三十年前在麻省理工的媒体实验室创办了穿戴式计算实验室。

2015年1月，Meta公司获2300万美元A轮融资，领投方为李嘉诚的维港投资（Horizons Ventures）、蒂姆·德雷珀（Tim Draper）、京东方光电（BOE Optoelectronics），以及YC合伙人加里·谭（Garry Tan）和亚历克西斯·欧海宁（Alexis Ohanian），丹华资本等。2016年6月14日，Meta公司宣布完成5000万美元的B轮融资，本轮投资方主要包括维港投资、联想、腾讯、高榕资本、康卡斯特风险投资公司（Comcast Ventures）和GQY视讯。从这两次融资结果可以看出来，中国资本对于该公司AR产品的兴趣很大，也从侧面反映出Meta公司不可小觑的实力。

在2016年2月的TED大会上，Meta公司推出了新一代产品Meta 2（如图1.6，1.7），售价为949美元（Meta 2头显+SDK），在Meta公司官网可以进行预定。

目前，Meta 2公布的参数显示其拥有90度的半透明视野，屏幕分辨率为2560×1440dpi。值得注意的是，它还装有位置追踪传感器和一个720P的前置摄像头，用户可以直接用手势进行操控，机身内设有4个扬声器，可以自由调节声音和亮度。除此之外，在App开发方面，Meta 2还支持Unity 3D图像引擎功能。

唯一遗憾的是，这是一款需连接电脑的AR眼镜，要求一台运行Windows 8或10的PC。相比之下，微软HoloLens是款无线产品，可以独立运行，这是Meta 2最大的劣势。但另一方面，Meta 2比HoloLens更具有价格优势，花费只相当于HoloLens的三分之一。就像Meta公司官网上所承认的一样，Meta 2更多是面向开发者，而非普通消费者。可见，Meta公司的市场定位首先是工业级应用，而非消费应用，这与微软既面向工业级又兼顾有消费能力的IT爱好者的市场定位不同。相信，以Meta 2的性价比，在工业级开发者应用中应该会占据重要的一席之地。

Google——并未成功的探索者

谷歌公司是AR穿戴设备开发的先驱，他们曾经在2012年4月发布了一款“拓展现实”的谷歌眼镜（Google Project Glass）（如图1.8），它具有和智能手机几乎一样的功能，可以通过声音来控制拍照、进行视频通话和查明方向、查询天气和交通情况，以及上网冲浪、处理文字信息和电子邮件等。

谷歌眼镜虽然是AR技术应用的先行者，但它的市场开发并不成功，这款产品于2015年1月就已经停售。分析谷歌眼镜失败的原因，作者认为主要有以下几点：

1．在没有特别突出的功能和技术应用的情况下，1500美元的售价显得过高，很难大面积推广；

2．佩戴谷歌眼镜时，用户右眼球必须看着眼镜右上方的投影仪微光，才能看清楚具体的数据与文字，但这样可能会造成用户的注意力分散，存在一定的危险；

3．续航时间过短，虽然谷歌官方宣称续航时间为6小时左右，但实际录制视频的时间只有45分钟，看视频最多2小时，且常伴随发热严重的情况；

4．缺少展现其高端技术的杀手级应用程序，且系统处理能力有限，一些程序运行也不够顺畅；

5．健康问题，从一些用户的反馈来看，使用谷歌眼镜时右眼需要用力，时间长的话可能会造成左右眼视力不均，给用户视力带来永久的损害。

虽然谷歌眼镜以失败告终，但它也为后来者提供了宝贵经验。科学探索就是需要这样，在不断的失败后才能取得成功。因此，谷歌眼镜的出现意义非同寻常，完全可以称为AR穿戴技术的鼻祖产品之一。

DAQRI——工业应用先行者

DAQRI成立于2010年，总部位于美国的洛杉矶，官网定位自身是改变未来工业生产的人机交互公司，目前员工已超过300人，融资超过1.3亿美元。据Forbes（《福布斯》）消息，2016年其收购了一家英国全息技术公司Two Trees Photonics。Two Trees Photonics创建于2010年，主要研发方向是动态全息显示技术，该技术来自剑桥大学。

在2016年国际消费电子展（CES）上，DAQRI联合英特尔（Intel）发布了首款智能头盔（如图1.9），DAQRI主要为这款产品提供了传感器、计算机视觉和导航技术、数据传输技术支持等。这款产品搭载了英特尔Core M7处理器，应用RealSense（实感）技术，能够在显示屏界面上实时向用户提供定位、安全信息等数据，主要应用在建筑工地、油气管道维修等专业性工业领域。这款工业级产品目前已经开始在官网上售卖。

DAQRI智能头盔利用增强现实特性，使工人可以通过设备检查技术来查看仪器和设备的运行状况，发现肉眼难以察觉的事物，无须手动操作便可在现实装备和物体上显示指导或其他数字元素，对任何可能存在的危险元素进行预先提醒，其潜在应用包括拍照、3D地图等。

所以，DAQRI公司的这款产品不仅能有效提高工人的工作效率和生产安全性，而且可以大幅度节约成本。这款产品也是AR和AI技术的一次比较完美的结合，它同时采用了AI中的计算机视觉识别技术和部分AR技术，是一款业内评价不错的工业级AR产品，相信等功能逐步完善以后，一定会在工业领域大有作为。