擴張實境

擴張實境（Augmented Reality，簡稱AR），也有對應VR虛擬實境一詞的轉譯稱為實擬虛境或擴張現實，是指透過攝影機影像的位置及角度精算並加上圖像分析技術，讓螢幕上的虛擬世界能夠與現實世界場景進行結合與互動的技術。這種技術於1990年提出。隨着隨身電子產品運算能力的提升，擴張實境的用途也越來越廣。

定義

這個詞語最早被前波音公司研究員 Tom Caudell在1990年所使用^[1]。

目前對於擴張實境有兩種通用的定義。一是北卡大學教授羅納德·阿祖瑪（Ronald Azuma）於1997年提出的^[2]，他認為擴張實境包括三個方面的內容：

將虛擬物與現實結合
即時互動
三維標記

室內設計運用

而另一種定義是1994年保羅·米爾格拉姆（Paul Milgram）和岸野文郎（Fumio Kishino）提出的現實-虛擬連續統（Milgram's reality-virtuality continuum）^[3]。他們將真實環境和虛擬環境分別作為連續系統的兩端，位於它們中間的被稱為「混合實境」。其中靠近真實環境的是擴張實境（augmented reality），靠近虛擬環境的則是擴增虛境（英語：Augmented virtuality）。

科技與應用

最早的AR系統——虛擬導具

擴張實境與硬件、軟件、以及應用層面息息相關。在硬件方面，結合處理器、顯示器、感測器以及輸入裝置的載具，方能適合成為AR平台。在軟件方面，AR系統的主要關鍵是如何將擴增的物件與現實世界結合。在應用層面，最早用於軍事，而後擴及日常生活。

硬件

已上市的AR硬件包含光學投影系統、監視器、流動裝置、頭戴式顯示器、抬頭顯示器、電腦。在開發中的如仿生隱形眼鏡。

頭戴式顯示器

透過眼罩或頭盔的形式，將顯示螢幕貼近用戶的眼睛，目前有以下幾個公司推出了AR頭戴型顯示器

uSens
Gestigon
Meta
Magic Leap
Google眼鏡

抬頭顯示器

與頭戴式顯示器不同，抬頭顯示器是利用光學反射原理，將資訊投射在鏡片上，並經過平衡反射將影像投射入用戶的眼睛。目前最為知名的AR抬頭顯示器為：Microsoft HoloLens。

行動設備

目前在iPhone，Windows Phone以及Google Android手機上，3DS已經出現不少的擴張實境的應用^[4]。

演算法軟件

AR系統的關鍵在於如何將擴增物件與實際環境結合，AR演算法軟件必須要從入裝置中的影像取得真實世界的座標，再將擴增物件疊合到座標上。為了能讓擴張實境更加容易開發，市面上已有許多軟件開發套件，例如ARKit, ARCore, Unity。

應用

娛樂

擴張實境在遊戲和娛樂中的應用同樣很多。位於加拿大蒙特利爾的麥吉爾大學研究人員們開發出一種很神奇的地板磚^[5]，這些地磚可以模仿沙地、雪地、草地的環境（包括視覺、聽覺、感覺等）。這些地磚可能被用於一些擴張實境的應用，包括電話會議、遠程培訓、遠距醫療等等。這個地磚系統是由虛浮在一個平台上的一些可變型的盤子組成。在盤子和平台之間有很多的用於感應用戶腳部力量的感測器。這些盤子可以震動，以模擬步入不同環境中的感覺。還有一個從上到下的投影與一個揚聲器，用於給出視覺與聽覺的反饋。

麥吉爾大學智能機器研究中心的研究員楊·維塞爾（Yon Visell）說：「這些地磚既可以用於人機互動，也可以用於沉浸式的擴張實境中」。

這個地磚系統還能被用作一個巨型的由腳控制的輕觸螢幕，例如，可以用作一種導航投射在建築物大樓或者公共廣場的巨型地圖的方法。同時還能被用於遊戲和娛樂之中，增加人機之間的互動性。

日本遊戲巨頭任天堂在其掌機任天堂3DS系列中加入了對擴張實境的支援，其中遊戲機內建的軟件中就有一款是以擴張實境為主要玩法的遊戲。PSP遊戲《隱形妖怪（英語：Invizimals）》就是一款擴張實境遊戲。2016年推出的精靈寶可夢GO為目前最熱門的AR遊戲。

由知名輕小說作品刀劍神域所改編的劇場版動畫《刀劍神域：序列爭戰》，即是以AR裝置為主軸開始的故事，劇場版在2017年2月18日於日本上映^[6]。

動畫遊戲王的決鬥盤，是以AR顯示卡牌怪獸、魔法效果、陷阱效果。

商機

擴張實境應當被歸為一種地理位置資訊服務（GIS），是地圖、GPS地圖導航的升級^[7]。在GPS地圖導航中，類似PAPAGO!等導航軟件提供商通過在他們的導航地圖中嵌入相關的一些商業資訊可也賺錢。AR產品展示，應用AR技術將產品模型疊加到現實場景中^[8]。

擴張實境或許不僅被歸為一種地理位置資訊服務GIS，他並不只是地圖、GPS地圖導航的升級。

地理位置資訊服務（GIS）所指的其實只是一種所謂的LBS擴張實境系統，與真正以視覺為基礎的擴張實境系統並不相同。它算是一種「很有創意、很有巧思」的LBS應用，但僅只能做到表層街景的應用，與「真正的擴張實境」是不同的。

單純的LBS應用不能作為擴張實境的一種，其原因為LBS擴張實境並未直接在攝影機的影像上做辨認對應，僅具有關聯性。將LBS應用作為擴張實境是不合適的,甚至是使用了攝影機的LBS應用，基本上攝影機只是提供畫面，沒有任何作用。假設今天攝影機鏡頭歪掉，或衛星定位偏差了，那所呈現的LBS擴張實境對應資訊都將是錯誤的（因為二者本立存在」無關聯性的）。LBS擴張實境與視覺為基礎的擴張實境最大的差異，在於後者的應用是更廣泛、更貼近人類自然生活。目前更進階的擴張實境則是大量編碼式與快速內容編製式的視覺為基礎擴張實境，這樣的技術將可以大量應用於日常生活之中^[9]。

參考文獻

^ Lee, Kangdon. Augmented Reality in Education and Training. TechTrends. 2012-03, 56 (2): 13–21. ISSN 8756-3894. doi:10.1007/s11528-012-0559-3 （英語）.
^ R. Azuma, A Survey of Augmented Reality （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Presence: Teleoperators and Virtual Environments, pp. 355–385, August 1997.
^ P. Milgram and A. F. Kishino, Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2009-11-03. IEICE Transactions on Information and Systems, E77-D（12）, pp. 1321-1329, 1994.
^ Benchmarking Built-In Tracking Systems for Indoor AR Applications on Popular Mobile Devices. Sensors. 2022.
^ 可用於遊戲和娛樂的擴增實境地磚系统. [2010-05-03]. （原始內容存檔於2011-05-12）.
^ 刀劍神域劇場版:序列爭戰. 觸電網. [2017-01-13]. （原始內容存檔於2017-01-16）.
^ 分析了增强现实领域的商机. [2010-05-03]. （原始內容存檔於2010-02-11）.
^ [1]^{[失效連結]}
^ 一般人關於「擴增實境」的「謬誤」. [2011-11-07]. （原始內容存檔於2011-03-07）.
^ 暢思 - 專註 EOS 生態的區塊鏈資產精品交易平臺. chaince.com. [2019-03-14]. （原始內容存檔於2019-06-09）.

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延伸閱讀

^ 擴增實境在商業環境的實際應用. 林氏臨急設計. [2024-01-19]. （原始內容存檔於2023-11-08）.

[1] Lee, Kangdon. Augmented Reality in Education and Training. TechTrends. 2012-03, 56 (2): 13–21. ISSN 8756-3894. doi:10.1007/s11528-012-0559-3 （英語）.

[Azuma_survey-2] R. Azuma, A Survey of Augmented Reality （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Presence: Teleoperators and Virtual Environments, pp. 355–385, August 1997.

[3] P. Milgram and A. F. Kishino, Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2009-11-03. IEICE Transactions on Information and Systems, E77-D（12）, pp. 1321-1329, 1994.

[4] Benchmarking Built-In Tracking Systems for Indoor AR Applications on Popular Mobile Devices. Sensors. 2022.

[5] 可用於遊戲和娛樂的擴增實境地磚系统. [2010-05-03]. （原始內容存檔於2011-05-12）.

[6] 刀劍神域劇場版:序列爭戰. 觸電網. [2017-01-13]. （原始內容存檔於2017-01-16）.

[7] 分析了增强现实领域的商机. [2010-05-03]. （原始內容存檔於2010-02-11）.

[8] [1]^{[失效連結]}

[9] 一般人關於「擴增實境」的「謬誤」. [2011-11-07]. （原始內容存檔於2011-03-07）.

[10] 暢思 - 專註 EOS 生態的區塊鏈資產精品交易平臺. chaince.com. [2019-03-14]. （原始內容存檔於2019-06-09）.

[11] 擴增實境在商業環境的實際應用. 林氏臨急設計. [2024-01-19]. （原始內容存檔於2023-11-08）.

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