6种常用的AR跟踪方法

news2024/9/22 7:20:38

增强现实 (AR) 是一项令人着迷的技术，可将虚拟内容与现实世界无缝集成。实现这种无缝集成的关键组件之一是跟踪。各种类型的跟踪用于确定 AR 内容在环境中的准确位置和方向。本文介绍 AR 最常见的6种跟踪方法。

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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。