6种常用的AR跟踪方法

6种常用的AR跟踪方法

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/shebao3333/article/details/140973478

增强现实（AR）技术通过将虚拟内容与现实世界无缝集成，为用户带来了沉浸式的体验。而实现这种无缝集成的关键在于各种跟踪技术，它们能够准确地确定AR内容在环境中的位置和方向。本文将为您介绍AR中最常见的6种跟踪方法，帮助您更好地理解这项前沿技术的工作原理。

1. 世界空间跟踪

世界空间跟踪（World Space Tracking）也称为相机位置估计或位置跟踪，是指准确确定设备（例如智能手机或AR耳机）相对于物理环境的位置和方向的过程，这包括跟踪设备在三维空间中的移动和旋转。

世界空间跟踪的主要目标是将虚拟内容与现实世界精确对齐，以确保虚拟对象在用户的视野中看起来固定且稳定。但是，世界空间跟踪通常会导致应该放置在表面上的虚拟元素看起来漂浮。世界空间跟踪最适合旨在漂浮在空间中的元素。要将物体固定在墙壁或地板上，最好使用平面检测。

应用领域：

• 游戏：在现实环境中准确定位虚拟角色或物体，创造身临其境的游戏体验。
• 建筑和设计：通过将虚拟模型集成到现实空间，支持建筑物的可视化和规划。
• 电子商务：允许虚拟试穿衣服或在自己的房间里摆放虚拟家具，以方便购买决策。

2. 空间感知

空间感知（Spatial Perception）是一种综合方法，包括各种技术和算法。它允许AR设备感知和理解物理环境。使用摄像头、深度传感器和激光雷达可以捕获有关环境的信息，例如表面细节、物体尺寸和空间结构。这使得AR内容能够真实地集成到物理环境中。

应用领域：

• 教育和培训：实现交互式学习环境，其中虚拟内容可以与现实世界的对象相结合，以增强学习过程。
• 导航和定位：提供视觉引导或增强现实地图，帮助用户在陌生的环境中导航。
• 艺术和创造力：支持创作沉浸式艺术品或交互式装置，将虚拟元素集成到物理环境中。

3. 标记跟踪或图像跟踪

标记跟踪（Marker Tracking）基于使用AR应用程序可识别的特殊标记或二维码。这些标记可作为参考点，将AR内容精确地放置在现实世界中。它提供高精度和稳定性，因为标记代表了可以轻松跟踪的独特视觉特征。

图像可以是照片、徽标或任何可被相机检测到的可识别2D对象。标记跟踪的缺点是没有标记就无法工作。因此，你必须始终拥有数字或印刷形式的标记，以便你的受众使用AR应用程序。

应用领域：

• 广告和营销：在印刷媒体或海报中使用特殊标记来提供交互式AR体验并增加受众参与度。
• 工业应用：通过将AR内容放置在特殊标记上以提供说明或信息，协助组装或维护机器。
• 医疗模拟：允许将虚拟模型或可视化放置在特定标记上以进行医疗培训或模拟。

并非每幅图像都适合用作AR跟踪的图像标记，这是你在选择标记时应该考虑的因素。在选择图像作为AR图像跟踪的标记时，清晰的对比度和独特的特征非常重要。简单的形状（例如正方形或圆形）效果很好，饱和的颜色也有助于更好地识别。标记应与其他物体明显区分，并在各种条件下保持稳健的可识别性。人为添加的细节也可以提高识别率。考虑应用环境来选择合适的标记，例如二维码或特殊徽标。测试不同的标记以确保可靠的AR体验。

4. 平面检测

另一种重要的跟踪方法是平面检测（Plane Detection）。除了传统的2D图像，一些AR应用程序还可以检测表面并用它们代替图像。如果你想让用户决定他们想要放置内容的位置，或者如果你想使用比例和模型尺寸精度很重要的大型模型，这是一个优势。

该技术可检测现实世界中的水平或垂直表面，例如地板、桌子、墙壁或天花板。通过使用计算机视觉算法，可以识别指示平面的特征图案或结构。AR内容可以精确地放置在这些检测到的表面上，从而实现虚拟和现实元素的无缝集成。

上面的视频左侧展示的是平面检测，右侧展示的是世界空间检测。世界空间检测使虚拟物体“漂浮”。

应用领域：

• 家具和装饰：协助虚拟放置家具、艺术品或装饰品，以便在购买或改造之前可以直观地看到房间的外观。
• 增强现实游戏：提供交互式游戏环境，虚拟物体可以放置在真实表面上，以创造令人兴奋且有趣的游戏体验。
• 建筑和施工：使建筑师和建筑商能够将建筑物的虚拟模型投射到真实空间中，以审查设计或可视化施工进度。

平面检测是一种跟踪技术，主要用于使用ARCore或ARKit编程的应用程序中。在WebAR领域，大多数框架都不支持平面检测。在这里，通常使用世界空间跟踪作为替代。

5. GPS 跟踪

GPS跟踪使用全球定位系统（GPS）来确定AR设备的地理位置。它使AR应用程序能够显示基于位置的内容，例如有关名胜古迹的信息、导航说明或基于位置的游戏。GPS跟踪在户外特别有用，因为户外有广泛的GPS信号覆盖。GPS跟踪最突出的例子是Pokemon GO。GPS跟踪并不是特别精确。因此，GPS跟踪通常与其他跟踪方法结合使用。

应用领域：

• 基于位置的信息：根据用户的位置显示附近景点、餐厅或商店的信息。
• 旅游应用：根据用户当前位置提供导游或历史遗迹信息。
• 健身和户外活动：跟踪和分析慢跑或骑自行车等活动，以记录距离、速度和路线。

6. SLAM 跟踪

最后，SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，同步定位与地图构建）跟踪是一种结合了摄像头技术、传感器和特殊算法的先进方法。SLAM实时检测AR设备的位置和方向，同时创建环境地图。这是通过跟踪检测到的特征和结构来实现的。SLAM能够在现实世界中精确定位虚拟物体。

SLAM跟踪可以说是将虚拟物体放置在空间中最精确的跟踪方法。SLAM也是一种在WebAR中极为罕见的跟踪方法，并得到Vuforia和Wikitude等应用开发框架的支持。Hololens 2还支持SLAM来创建环境的空间模型。

应用领域：

• 机器人和自主系统：支持机器人或自动驾驶汽车在其环境的空间定位和地图构建中。
• 工业检查和维护：支持将AR数据叠加在真实物体上，以支持检查和维护过程。
• 军事和国防：可用于支持战术行动或创建战场的虚拟模型。

结束语

增强现实中的各种跟踪方法可以实现虚拟内容的精确放置。因此，这些技术提供了更具沉浸感和互动性的AR体验，从表面的精确定位到捕捉用户的动作。随着AR技术的不断进步，我们肯定会在未来看到更多令人印象深刻的跟踪方法，这将继续扩大AR的潜力。