1、 5G 联合创新中心创新研究报告 云 AR 应用创新研究报告 （2019 年） 2019 年 6 月 创新研究报告 2 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 摘 要 云 AR 应用创新研究报告包含了 I）5G AR 重点业务分析；II）5G增强现实产业发展与关键挑战；III）5G 云 AR 关键能力需求；IV）5G 云 AR 业务解决方案； V）5G 云 AR 商业前景及商业模式，五个部分 。 报告通过从增强现实技术概述、重点业务介绍和用户体验入手，阐述了云 AR 是 AR 产业发展的最佳形态， 以及在 5G 赋能的场景下 AR云5G 的通信能力需求、终端能力需求和处理能力需求。 报告

2、结合 5G 云 AR 工业解决方案以及 5G 云 AR 教育解决方案， 通过垂直场景痛点分析、 解决方案架构与流程阐述以及在 5G 云 AR 整体框架下的相应垂直场景解决方案的特点与优势， 体现了 5G 云 AR 对于AR 垂直应用领域带来的重要机遇和优势。 最后本报告就 5G 云 AR 商业前景及商业模式做了总结， 表述了“5G 云 AR 架构能有力促进 AR 业务的普及，推动 AR 作为 5G 垂直行业基础能力并促进相应产业的繁荣和发展”的核心观点。 创新研究报告 3 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 目目 录录 1. 5G AR 重点业务分析 . 5 1.1 增强现实技术概述

3、 . 5 1.1.1 增强现实技术概念 . 7 1.1.2 增强现实产业现状 . 11 1.2 增强现实重点业务介绍 . 14 1.2.1 增强现实工业领域应用 . 16 1.2.2 增强现实安防领域应用 . 18 1.2.3 增强现实教育领域应用 . 19 1.2.4 增强现实娱乐领域应用 . 20 1.2.5 增强现实智能家居应用 . 21 1.3 增强现实的用户体验 . 23 1.3.1 增强现实的用户体验概述 . 23 1.3.2 增强现实的用户体验现状、瓶颈和趋势 . 24 2. 5G 增强现实产业发展与关键挑战 . 27 2.1 Cloud AR 是 AR 产业发展的最佳形态 .

4、27 2.2 Cloud AR 的关键挑战 . 31 3. 5G 云 AR 关键能力需求 . 34 3.1 管道：5G 通信能力需求 . 36 3.1.1 网络速率及时延 . 36 3.1.2 网络波动性和安全性要求 . 37 3.2 端：终端能力需求 . 38 3.2.1 终端功能要求 . 38 3.2.2 终端形态：可穿戴式、手机式、智能家居 . 39 3.3 云：处理能力需求 . 40 3.3.1 感知能力 . 41 创新研究报告 4 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 3.3.2 渲染能力 . 43 4. 5G 云 AR 业务解决方案 . 44 4.1 5G 云 AR 工业解

5、决方案 . 44 4.1.1 解决方案架构与流程 . 45 4.1.2 解决方案特点与优势 . 52 4.2 5G 云 AR 教育解决方案 . 54 4.2.1 解决方案架构与流程 . 57 4.2.2 解决方案特点与优势 . 65 5. 结语：5G 云 AR 商业前景及商业模式 . 68 参考文献参考文献 . 错误错误!未定义书签。未定义书签。 附录附录 . 错误错误!未定义书签。未定义书签。 联合编写单位及作者联合编写单位及作者 . 错误错误!未定义书签。未定义书签。 创新研究报告 5 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 1. 1. 5G AR 重点业重点业务分析务分析 1.1

6、1.1 增强现实技术概述增强现实技术概述 增强现实技术（Augmented Reality，简称 AR）的标准定义为：一种通过实时计算在现实世界中叠加相应图像、视频、3D 模型等虚拟内容的技术，这种技术的目标是把虚拟世界套在现实世界中，并使得用户可以与之进行交互。 图 1-1 AR 技术发展历程 增强现实技术在二十世纪九十年代提出，1994 年，保罗米尔格拉姆（Paul Milgram）和岸野文郎（Fumio Kishino）提出现实-虚拟连续系统（Milgrams Reality-Virtuality Continuum） 。现实环境和虚拟环境分别作为连续系统的两端，其中靠近现实环境的是增强

7、现实（Augmented Reality） 。 1997 年，北卡大学教授罗纳德阿祖玛（Ronald Azuma）提出增强现实包创新研究报告 6 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 括三个方面的内容：I）将虚拟物与现实结合；II）即时互动；III）三维。 随着 5G、云、人工智能等基础技术的不断突破以及物联网和相关的物理信息系统（CPS：Cyber Phyics System）技术的普及，AR 作为一种系统工程技术手段，利用人工智能技术协助 3D 感知，并结合新兴边缘技术和混合云技术以及大数据技术，完成基于同一物理目标，多领域相关信息的 3D 融合近眼 3D 显示，同时通过新型的交互

8、手段完成对物理现实世界的控制和改造。 图 1-2 AR 技术的重要社会意义 正如相关研究者和从业人员所感叹的，增强现实（AR）技术，作为综合技术集大成者，是人机交互方式的革命，将开启新一代流量入口即视觉入口时代。其自然的交互方式，线上线下融合，可以衍生出丰富的玩法和商业模式，带来颠覆式的场景体验，成为新一代计算平台和流量入口！ 图 1-3 计算平台发展历程 创新研究报告 7 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 1.1.11.1.1 增强现实技术概念增强现实技术概念 增强现实系统包含了：I）摄像头和传感器采集真实场景的视频或者图像，传入后台的处理单元对其进行分析和重构；II）虚拟数字信

9、息生成单元负责虚拟场景的建模、管理、绘制，通过计算机图形系统产生虚拟景象；III）渲染引擎结合头部跟踪设备的数据来分析虚拟场景和真实场景的相对位置， 实现坐标系的对齐并进行虚拟场景的融合计算；IV）交互设备采集外部控制信号，实现对虚实结合场景的交互理解和操作。 最终系统融合后的信息会实时地显示在显示器中， 或者通过光学透视的方式叠加在现实世界之上，展现在人的视野中。 可以看到，增强现实技术的核心路径包含通过摄像头获取真实环境信息，结合传感器进行定位跟踪、交互，通过显示设备生成虚拟场景，叠加到现实场景。其技术的三要素是: 显示（虚实结合） 、输入和交互（实时交互） 、识别和跟踪定位（三维注册）

10、。 图 1-4 AR 核心技术系统图 一、识别和跟踪定位（三维注册） ：对现实场景的理解和重构 在增强现实系统中，首先要解决“是什么”的问题，也就是要理解、知道场景中存在什么样的对象和目标。第二要解决“在哪里”的问题，也就是要对场景结构进行分析，实现跟踪定位和场景重构。 创新研究报告 8 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 实时、准确地获取当前摄像机位置和姿态，判断虚拟物体在真实世界中的位置， 进而实现虚拟物体与真实世界的融合。其中摄像机位姿的获取方法即为跟踪注册技术。从具体实现上来说，跟踪注册技术可以分为 3 类：基于传感器的跟踪注册技术、 基于计算机视觉的跟踪注册技术及综合视觉与

11、传感器的跟踪注册技术。 1）基于传感器的跟踪注册技术 基于传感器的跟踪注册技术主要通过硬件传感器，如磁场传感器、惯性传感器、超声波传感器、光学传感器、机械传感器等对摄像机进行跟踪定位。 2）基于计算机视觉的跟踪注册技术 近年来图像处理与计算机视觉发展较快， 一些较为成熟的技术已被应用于增强现实系统的跟踪注册中。 基于计算机视觉的跟踪注册技术通过分析处理拍摄到的图像数据信息识别和定位真实场景环境， 进而确定现实场景与虚拟信息之间的对应关系。其中人们广泛关注为同时定位与地图构建（Simultaneous Localization And Mapping，SLAM） 。这类方法在跟踪注册的同时构建场

12、景地图，具有运算速度快、精度较高的优点。 3）综合视觉与传感器的跟踪注册技术 在一些增强现实的应用场景， 基于计算机视觉与基于传感器的方法均不能获得理想的跟踪效果，因此，研究者综合考虑二者的优缺点，将二者结合起来，以获得更优的跟踪注册效果。 二、显示（虚实结合）设备和技术 增强现实技术的最终目标是为用户呈现一个虚实融合的世界。因此，显示技术是增强现实系统中的重要组成部分。 目前， 常用的显示设备有头戴式显示设备、计算机屏幕显示设备、手持式移动显示设备及投影显示设备等。 1）头戴式显示设备 由于增强现实系统要求用户可以观察到现实世界的实时影像， 头戴式显示设备主要是透视式头盔显示器。 这类设备的

13、主要功能是将用户所在环境中的真实信息与计算机生成的虚拟信息融合， 按真实环境的表现方式可将其分为视频透视式创新研究报告 9 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 头盔显示器和光学透视式头盔显示器。 视频透视式头盔显示器通过头盔上一个或多个摄像机来获取真实世界的实时影像，利用其中的图像处理模块和虚拟渲染模块进行融合，最终将虚实融合后的效果在头盔显示器上显示出来。 光学透视式头戴显示器根据光的反射原理，通过多片光学镜片的组合，为用户产生虚拟物体和真实场景相互融合的画面。与视频透视式头盔显示器相比，光学透视式头盔显示器在显示增强画面时，不需要经过图像融合的过程，用户看到的影像就是当前的真实场

14、景与虚拟信息的叠加。 2）计算机屏幕显示设备 计算机屏幕显示设备作为传统的输出设备一般具有较高的分辨率， 且体积较大。 在增强现实应用中，这类设备更适用于将精细虚拟物体渲染并叠加于室内或大范围场景中。由于这类设备沉浸感较弱，但价格较低，一般适用于低端或多用户的增强现实系统。 3）手持式移动显示设备 手持式移动显示设备是一类允许用户手持的显示设备。 近年来智能移动终端发展迅速，现有的智能手持设备大都配备了摄像头、全球定位系统（GPS）和陀螺仪、加速度计等多种传感器，更具备了高分辨率的大显示屏，这为移动增强现实提供了良好的开发平台。与头盔式显示设备相比，手持式移动显示设备一般体积较小、重量较轻，便

15、于携带，但沉浸感较弱，同时由于硬件的限制，不同设备的计算性能参差不齐。 4）投影显示设备 投影显示设备可以将增强现实影像投影到大范围环境， 满足用户对大屏幕显示的需求。由于投影显示设备生成图像的焦点不会随用户视角发生变化，其更适用于室内增强现实环境。 三、人机输入和交互（实时交互）技术 增强现实系统的目标是构建虚实融合的增强世界， 使用户能够在现实世界中创新研究报告 10 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 感受到近乎真实的虚拟物体，并提供人与这一增强的世界交互。在这一过程中，人机交互方式的好坏很大程度上影响了用户的体验。一般来说，传统的交互方式主要有键盘、鼠标、触控设备、麦克风等，

16、近年来还出现了一些更自然的基于语音、触控、眼动、手势和体感的交互方式。 1）基于传统的硬件设备的交互技术 鼠标、键盘、手柄等是增强现实系统中常见的交互工具，用户可以通过鼠标或键盘选中图像中的某个点或区域，完成对该点或区域处虚拟物体的缩放、拖拽等操作。这类方法简单易于操作，但需要外部输入设备的支持，不能为用户提供自然的交互体验，降低了增强现实系统的沉没感。 2）基于语音识别的交互技术 语言是人类最直接的沟通交流方式。语言交互信息量大，效率高。因此，语音识别也成为了增强现实系统中重要的人机交互方式之一。近年来，人工智能的发展及计算机处理能力的增强， 使得语音识别技术日趋成熟并被广泛应用于智能终端上

17、，其中最具代表性的是苹果公司推出的 Siri 和微软公司推出的 Cortana，它们均支持自然语言输入，通过语音识别获取指令，根据用户需求返回最匹配的结果，实现自然的人机交互，很大程度上提升了用户的工作效率。 3）基于触控的交互技术 基于触控的交互技术是一种以人手为主的输入方式， 它较传统的键盘鼠标输入更为人性化。智能移动设备的普及使得基于触控的交互技术发展迅速，同时更容易被用户认可。近年来，基于触控的交互技术从单点触控发展到多点触控，实现了从单一手指点击到多点或多用户的交互的转变， 用户可以使用双手进行单点触控，也可以通过识别不同的手势实现单击、双击等操作。 4）基于动作识别的交互技术 基于

18、动作识别的交互技术通过对动作捕获系统获得的关键部位的位置进行计算、处理，分析出用户的动作行为并将其转化为输入指令，实现用户与计算机之间的交互。微软公司的 HoloLens 采用深度摄像头获取用户的手势信息，通过手部追踪技术操作交互界面上的虚拟物体。Meta 公司的 Meta2 与 Magic Leap 公创新研究报告 11 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 司的 Magic Leap One 同样允许用户使用手势进行交互。这类交互方式不但降低人机交互的成本，而且更符合人类的自然习惯，较传统的交互方式更为自然、直观，是目前人机交互领域关注的热点。 5）基于眼动追踪的交互技术 基于眼动

19、追踪的交互技术通过捕获人眼在注视不同方向时眼部周围的细微变化，分析确定人眼的注视点，并将其转化为电信号发送给计算机，实现人与计算机之间的互动， 这一过程中无需手动输入。 Magic Leap 公司的 Magic Leap One在眼镜内部专门配备了用户追踪眼球动作的传感器， 以实现通过跟踪眼睛控制计算机的目的。 1.1.21.1.2 增强现实产业现状增强现实产业现状 图 1-5 AR 产业地图 增强现实产业涉及硬件设施、软件及平台、内容及应用和分发平台以及服务及基础设施 5 大类行业参与者。 其中硬件设施包含了手机或头盔等终端整机设备（如微软 HoloLens，谷歌 Google Glass）

20、 ，还包含了关键零部件和交互设备；软件及平台包含内容开发引擎（如 Unity3D 和 Unreal 等）和 AR SDK（如 Apple、高通等）等；内容及应用包含了针对个人消费市场的内容(2C)，还包含了行业内容应用（2B） ；分发平台包含了应用的发布和相关内容和素材的分发； 服务创新研究报告 12 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 及基础设施包含了为整个内容制作、发布和传输提供相关云计算、网络传输和AI 基础算力的服务厂商（如 Amazon 等） 。 同时随着增强现实作为视觉入口以及和基于位置服务的融合 （LBS， Location Based Service)，增强现实产业的

21、发展也带动了相关生态的综合发展，如图 1-6所示， 除了核心研发和发行商以及手机公司这些在增强现实产业图谱上的主要参与者， 相关如游戏 IP 公司， 广告和营销公司以及大型活动运营公司等都成为了生态链和产业价值链增值的受益者。 图 1-6 AR 产业服务生态和协作关系地图 近年来， 随着技术进步， 整个市场呈稳步增长 （参考高盛和 Trendforce 预测） 。头显等硬件被用户逐步认可和接受， 特别是随着人工智能领域相关技术重大突破，整个市场将呈现一个爆发式增长（参考 IDC 和 Digi-Capital 预测） 。 图 1-1 AR 产业发展及市场规模预测 预测机构预测机构 时间点时间点

22、AR 市场规模市场规模 VR 市场规模市场规模 总计总计 IDC 2020 年 - - 1620 Digi-Capital 2020 年 900 300 1200 ABI Research 2020 年 1000 - - TrendForce 2020 年 - - 700 创新研究报告 13 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 高盛高盛 2025 年 - - 800 各机构对AR/VR行业市场规模预测对比（单位：亿美元） 从开年以来，根据相关权威机构统计，今年的 AR 相关融资，竟然在短短不到 5 个月的时间内达到 18 笔，且总额度超过 51 亿元！其中 AR 硬件约合 27.9亿

23、元，占比约为 55%。AR 内容方面金额约为 18.8 亿元，占比约 37%。而 AR 平台方面的融资额约为 4.08 亿元，占比约为 8%。而 2018 年 1 月至 5 月共有 15 笔 AR领域的融资，2019 年与 2018 年同期相比数量增加 3 笔。 从这些投资中可以看出，AR 的核心硬件和技术越来越受到资本的重视。而在去年同期，得到资本青睐的更多是 AR 内容和应用领域。而相较于应用，技术和硬件都需要长时间才能看到回报，因此在现金回流能力上也略显不足。而今年对 AR 硬件技术加大投资的情况则说明无论国内外的资本目前都很看好 AR 领域，并保持了获得回报的信心。 在应用方向上，目前

24、 AR 领域还是以 B 端为主，如工业、军事、安防、教育、医疗、物流等等领域。如联想就在不久前宣布其 AR 智能眼镜便携式可视化管理系统与深圳大亚湾核电站达成合作正式交付，众所周知，微软也与美军签下 4.8亿美元的大订单。 总结：虽然增强现实技术还有许多瓶颈，但大量的应用研究分析表明，它具有巨大的应用前景。在未来几年里，增强现实技术的应用，特别是在移动智能终端上的应用，将会大量涌现。虽然与头盔显示设备相比，移动设备沉浸感不强，但其具有很高的普及性；同时，ARKit、ARCore 开发平台的推出，从技术上实现了增强现实与智能移动设备的结合。在未来的发展中，更能发挥增强现实技术优势的智能穿戴设备将

25、为人类创造更为真实的虚实融合世界， 人们可以通过更自然的人机交互方式与系统进行交互。 未来增强现实技术将在很大程度上改变人类生活，是科技发展的必然趋势。 创新研究报告 14 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 基本逻辑基本逻辑 结束无序发展状态需要硬件解决方案统一 海量数据运算提升需要芯片性能提升做保证 AR 的便携性取决于续航能力加强 硬件桎梏解决是出现消费级产品的基础 性能/价格符合摩尔定律 产业触发点产业触发点 AR 硬件 AR 眼镜革命性产品出现 2016 年 关键零部件性和价格解决目标值，消费级产品成熟 2019 年 图 1-7 AR 头盔显示设备产业发展及市场规模预测 1

26、.2 1.2 增强现实重点业务介绍增强现实重点业务介绍 当前 AR 主要的应用领域为工业或垂直行业定制化应用，泛娱乐、个人生活助手类应用在未来或许也有巨大空间。而在垂直行业如教育、医疗、旅游中，AR技术可以帮助呈现更全面、更立体、更具沉浸感的信息，降低信息呈现与获取成本。在泛娱乐之中，AR 技术则可以实现过去 3D、VR 等技术尚无法实现的视觉呈现，移动性，与真实世界的交互等效果。整体而言，AR 技术是效率提升、增强用户体验的有效方式。 0.530.891.52.524.257.1912.120.3053201420152016E2017E2018E2019E2020E创

27、新研究报告 15 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 图 1-8 AR 应用汇总举例 创新研究报告 16 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 1.2.11.2.1 增强现实工业领域应用增强现实工业领域应用 图 1-9 AR 工业应用图解 工业领域的诸多场合都具有高危、高温、高成本的弊端，不适宜直接用实物进行演示、 查看、 维修等操作。 AR 作为下一个重要的计算平台， 从设计到生产，到质量控制，再到后期维护和员工培训，正在有力推动现代制造业的变革。利用AR 技术与一体机设备这种可远程、 实时性、 主动式、 多视角融合、 多场景交互、解放双手的信息呈现形式，辅助产业工人的生产

28、工作和培训，把互联网和信息技术延伸到一线员工的工作当中，大幅提升工作人员信息获取与转化能力，率从而提高劳动效率，实现传统手段难以实现之事。 1）工业设计 传统工业设计阶段主要包括五个主要步骤： 了解客户需求将需求转换为技术输入提供多种解决方案选择客户可接受的可行性方案将确定后的方案转移到制造团队。设计过程非常复杂，需要花费大量的精力和时间来为客户公司确定最佳可行的产品。 而将增强现实集成到设计开发阶段，可以简化传统方式的繁琐过程，增强与客户的互动，使产品设计更加符合客户需求。例如通过 AR 眼镜，工程师可以看到物体内部的结构信息以及某个部件的 3D 图形，并对其进行操作调整；还可以与设计师和销

29、售团队快速沟通，充分了解消费者的需求偏好，并提高设计研发速度。 2）装配制造 创新研究报告 17 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 在工业生产过程中，很多环节还需要工人手动操作，特别是在装配过程中，装配的周期时间取决于操作工人的技能熟练度，特别是飞机、汽车等复杂的大型机械设备。例如，飞机制造，在面对大量且复杂的电子线路组成的线束组件中，装配工程师必须遵循功能手册进行操作， 这是一项耗时耗力且容易干扰工期的过程。 利用 AR 眼镜，工程师可以扫描装配现场的某个部件的二维码，该部件的线束的装配指导就会自动在眼镜上显示出来， 工人只需要按照指导步骤即可完成装配工作。 据统计， 使用 AR

30、 技术， 工程师的装配时间可缩短 25%， 出错率降低 50%。 3）质量检验 质量检验是确保出厂产品符合所有要求的重要环节。 传统生产需要大量检查点的清单才能完成，而质检人员需要对最终产品的交付负责。产品的质量，不仅取决于生产过程中的质量把控，还取决于质检过程的准确性。 AR 技术通过为质量控制提供交互式的平台，可以查看实时显示的产品尺寸精度、公差和表面光洁度等详细信息，方便质检人员轻松执行复杂任务。 4）维修与售后 制造业的相关设备维护要远比家用消费电子更为复杂， 对维修人员的要求也会非常高。他们必须全面熟悉设备的结构和功能，并且要参考大量的技术图表以及厚达数百页的服务手册。 通过公司开发

31、的 AR App，维修人员可以在智能手机、平板电脑甚至 AR 眼镜上查看设备问题，通过交互式可视化操作，完成维修工作。 5）员工培训 相较于传统的纸质培训或监督式的培训方法，AR 技术可以使培训方式变得具有互动性；突破位置限制，实现远程培训；还可以确保培训期间员工的人身安全。 创新研究报告 18 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 1.2.21.2.2 增强现实安防领域应用增强现实安防领域应用 图 1-10 AR 安防应用图解 增强现实技术应用于安防领域，使传统监控视频立体化、信息化，安防用户能够快速根据视频画面的信息与其他数据进行汇总，做出高效的判断。 1）给安防人员装上透视眼和千

32、里眼 通过穿戴式 AR 智能硬件终端(智能 AR 眼镜或穿戴式智能摄像头)，现场警员可解放双手办案，以第一视角现场记录警情，硬件终端内置识别算法如人脸识别、图像识别可自动显示可疑人员的性别、身份等信息，提升现场痕迹搜索识别和办案的效率。 2）监控摄像机通过 AR 增强技术感知全新世界 AR 能让监控摄像机更直观的看到并认识世界。 普通摄像机反映的是 “现实” ，AR 技术能够在“现实”的基础上进行“增强” ，给实时监控画面添加名称、经纬度、方位角、距离、位置、历史案例描述、联系方式等信息，辅助安保人员及时有效地处理视频画面捕捉到的异常、突发情况。 3）AR 眼镜为消防队员营救提供便利 创新研究

33、报告 19 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 消防员佩戴 AR 眼镜，除了能够看清火灾现场环境之外，还能够通过 AR 屏幕展示火灾现场地图，提供火灾信息，帮助消防员确定最适合的救援方案。 4）AR 城市级立体安防系统 在城市安防领域，AR 技术可以以视频地图引擎为基础，将整个城市在视频地图上进行网格化分区管理。通过对接视频监控、电子围栏等平台数据，融合执法仪、巡逻车、对讲机、警务通、人脸识别、车牌识别、无人机、雷达等多方数据，将视频内建筑物、街道、人、车、突发事件、警力等细节信息以点、线、面地图图层的方式，自动叠加在“实景地图”上，真正实现对全城“立体实景可视化”指挥调度。 5）增

34、强现实进行案情模拟 增强现实可以辅助还原和模拟事情发生的过程， 并作为案件审理证据验证一种方式。虚拟的情境与案发时相同，有助于司法庭审的进行，目前通过增强现实进行案情模拟已经是很成熟的应用。 1.2.31.2.3 增强现实教育领域应用增强现实教育领域应用 增强现实是被人们寄予厚望能以革新传统教育的一项技术，因为通过 AR 能够在三维空间中叠加一层计算机产生的辅助信息， 给学习者提供了一个认知世界的新视角。基于增强现实的交互手段提供了新的教学方式，知识会更加具有交互性、流动性和情境性。这对于抽象内容教学和提升学习者兴趣是很有帮助的。 增强现实技术能够通过对所有物体及场景进行模拟仿真， 再投射到现

35、实场景中，让很多抽象难懂的概念内容都变得直观、清晰。学习者在现实场景中看到虚拟生成的模型对象，并对虚拟对象进行操作， 通过三维的方式观察并与所学习的虚拟物体进行及交互，让学习者能够在虚实融合的教学情境中，以最贴近自然的方式进行自主探索，更有效率的学习相关知识。 例如通过增强现实显示系统将简单的几何体在现实场景中呈现， 将单个几何体的形态变化，以及多个几何体在空间中相交、相切的关系直观展示出来。学生创新研究报告 20 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 在这种虚实融合的学习环境中更容易理解复杂的空间概念， 也方便建立师生和生生之间的教学互动。 增强现实应用于教育领域，在科学理论模拟讲解

36、、语言教学、科学实验教学过程中都有非常好的效果。 无论是人机自然的交互性， 或是内容酷炫的展示方式，都给学校课堂教育带来了创新元素，带来了学习的欢乐。加深学习者对于学习内容的理解；提供动手操作的机会以提高实践能力；促进学习参与度及学习者之间的协作；提供维持学习动机的外部激励。让学习者们能够在一种更加智慧的学习环境下实现情景化的学习。 1.2.41.2.4 增强现实娱乐领域应用增强现实娱乐领域应用 图 1-11 AR 文娱应用图解 增强现实在娱乐领域的应用以游戏为主，游戏类型涉及社交、解谜、角色扮演、运动、策略等。增强现实游戏有沉浸感强、互动方式多样等特点。 。 增强现实游戏可以让位于全球不同地

37、点的玩家， 共同进入一个真实的自然场景，以虚拟替身的形式，进行网络对战。玩家可以透过“AR 实景技术”将办公室、卧室、客厅变成战场，玩枪战、开飞机任你驰骋；用手机拍下的每一处场景都可以当做游戏的舞台。在人头攒动的街头，对着天空中出现的怪物进行射击，虚幻和真实结合的世界让人难以区分。游戏中，玩家可以扮演建筑工人等角色，以他的视角感受一切。当把摄像头指向自己，屏幕会显示自己穿着建筑工人的衣创新研究报告 21 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 服，当翻转摄像头的时候，角色会出现在在现实世界中。 此外，一部分趣味 AR 小游戏还结合了营销场景，在娱乐的同时传播营销信息。比如国内盛行的支付宝

38、 AR 红包、腾讯 QQ AR 红包。日本广告公司电通推出的手机应用，将商家发放广告和优惠券的营销活动制成蝴蝶待用户捕捉，带有商业推广性质的小游戏体现出越来越高的价值。 深受普通消费者喜爱的街道博物馆应用，将老照片、历史资料和现实街景结合，走在伦敦街头，打开 AR 应用程序，即可在屏幕中体验古老与现实场景交织的感觉。 面向服饰领域，通过运用 AR 技术衍生出了 “虚拟试装”业务。用户只需简单地按动按钮，就能变换衣服的颜色；将摄像头对准脚部，就可以看到自己穿上所选鞋子的样子。美妆厂商通过 AR 应用推出产品对应的妆容供消费者体验，体验者可通过所见即所得的方式快速体验不同妆容效果。 1.2.51.

39、2.5 增强现实智能家居应用增强现实智能家居应用 智能家居的目标是实现家居生活的自动化控制， 提升家居生活的安全性和便利性。增强现实的互动、识别等技术可以为厨房、家居布置、家电控制等场景带来更加智能的体验，也可以为智能家居带来更为丰富的操控体验。 在智能厨房场景下，增强现实技术可以为用户提供食材的营养信息、处理方法、烹饪方法等，且无需占用用户双手，让用户可以在查看信息和处理食材之间无缝衔接。设想一下，在烹饪过程中，你只需要通过增强现实设备注视着自己的食材，系统就自动为你提供食材的营养成分、搭配信息、烹饪菜谱等。以 IKEA为代表的智能厨房方案中，增强现实技术都扮演着十分重要的角色。 在家居布置

40、场景下， 增强现实设备可以让用户在购买家具等产品前就预览其摆放在房间内的效果。用户可以在网络上浏览家具产品，并通过增强现实设备将心仪的家具摆放在房间的指定位置，以便查看其尺寸、颜色、风格是否能够与家居环境相匹配。 借助增强现实设备通过语音、注视等方式操控家居设备也是十分便捷的。用创新研究报告 22 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 户可以无需起身，通过语音或注视即可控制窗帘、门窗等设备。对于肢体残障人士而言， 增强现实技术与智能家居的结合会为他们的生活带来突破性的便捷体验。 创新研究报告 23 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 1.3 1.3 增强现实的用户体验增强现实

41、的用户体验 增强现实应用领域广阔，对于 B 端客户而言，增强现实系统可作为生产力工具,大幅提升生产和培训效率，同时还具备提升安全系数甚至突破能力限制的效果，其带来的价值远远高于成本。但在其推广应用和普及过程中，用户体验和客户关注点依然是需要切实关注的。 参照 PTC 的调研报告State of Industrial Innovation （工业创新发展状况）系列报告 68%的工业企业正在加速增强现实的采用。同时结合 GSMA 相关工业场景的调研报告，如图 1-12 所示，影响客户的项目部署和规模推广的核心问题主要源自三个领域： 1）识别和跟踪定位（三维注册）这一核心环节和技术基础的整体体验；

42、2）人机交互的部件组成和整体，如交互器件、AR 显示终端的体验感受，以及整体交互方案的体验感受； 3）和使用及投资成本相关的主要问题，如终端成本。 图 1-12 AR 系统市场拓展客户关注点 1.3.11.3.1 增强现实增强现实的用户体验概述的用户体验概述 增强现实的本质是在真实场景中有机的融合虚拟信息 （如计算机产生的图形、文字注释等） ，增强人对真实环境的感知体验，加强人与真实环境之间的交互体创新研究报告 24 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 验。 增强现实产品具备虚实融合、实时交互、三维注册三个基本特征，从用户体验的角度，分别对应了融合性、交互性、准确性三个体验维度，我们

43、以此作为增强现实的特性体验维度。此外，根据 Peter Morville 蜂窝模型、Whitney Quesenbery 5E 原则、Steve Krug 可用性定义、ISO 可用性定义、Microsoft Usability Guidelines 等用户体验模型，我们又提炼出易用性、容错性、吸引力等作为增强现实的通用体验维度。 我们在本文中主要讨论增强现实的特性体验维度。 融合性主要考察虚拟物体与真实场景是否能够自然的融合， 达到虚实一体的体验。 技术角度着重于虚拟物体与真实场景的光影、遮挡关系等是否能被良好的处理。 准确性主要考察虚拟物体是否能够在真实场景中准确的呈现出来， 是增强现实沉浸

44、体验的基础。具体设计虚拟物体在真实场景中的位置、大小、透视关系等因素。 交互性强调系统是否能够支持用户通过自然、直观、高效的方式与场景进行交互， 自然的交互方式是增强现实区别于传统二维界面产品的重要体验因素，也是增强现实技术的重要发展方向。 综上，融合性和准确性关系到虚拟物体和整个场景的真实感，交互性关系到互动过程的自然真实。增强现实体验的核心是真实、自然的沉浸式体验。 1.3.21.3.2 增强现实的用户体验现状、瓶颈和趋势增强现实的用户体验现状、瓶颈和趋势 增强现实概念自 1970 年提出以来，设备和技术都有迅速发展，其在各个领域（如娱乐、教育、医疗、军事等）的应用也越来越普及和成熟。但目

45、前关于增强现实的研究主要集中于对其关键技术的改进以及对其应用领域 （如教育、 医疗、旅游、军事、仿真等领域）的拓宽上，而从用户体验的角度来探讨增强现实系统的改进和创新很少。随着越来越多的用户使用，以及越来越多的使用场景，用户体验的瓶颈就日益突出。 创新研究报告 25 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 其中，当前的硬件产品已经能够基本满足对于 AR 概念与 AR 内容的基本呈现，但是来自于软硬件的差异，综合用户体验呈明显差异化。处理器数据处理能力、光学结构、操作系统、应用、内容，甚至配重比、佩戴舒适度等因素都会直接或间接影响用户体验。 而就应用内容整体设计而言， 当下的 AR 内容无

46、论是在数量或质量上都处在发展初期。尽管用户对于 AR 内容仍旧处于体验 AR 概念、初步应用的阶段，但是 AR 内容发展慢于 AR 硬件的发展仍然是各企业无法回避的现实。内容品质方面，由于 AR 内容开发需要投入大量的人力物力，并且当下内容变现能力尚未凸显，输出的 AR 内容整体水准大多较为初级。但是随着应用场景的逐渐丰富，越来越多的企业在软硬件能够承受的基础之上，尽最大能力丰富内容的表现力，为用户呈现更优质的内容。 对于感官体验的重要部分，交互方法/解决方案，这也是当前大量微创企业的布局重点，目前在 AR 设备与应用中使用到的交互技术包括动作捕捉、触觉反馈、 眼球追踪、 肌电模拟、 手势追踪

47、、 方向追踪、 语音交互、 空间定位等数十种，并且仍在增加。 通常在一台设备中也同时具有多种交互技术与外设以满足用户不同的使用场景。依据交互技术的技术难度与成熟度，用户体验各不相同。一般在AR 设备之前便出现在其他设备上的成熟交互技术体验相对更好，例如语音等。 而认知体验则涉及识别和跟踪定位（三维注册）过程，这个增强现实的核心技术环节，也是当前人工智能发展大潮中发展非常迅速的部分，虽然技术和其应用场景有了很大的发展，但由于 AR 应用场景丰富，垂直行业场景复杂，其识别和追踪的准确性以及由此应发的大算力和前端设备耗电都成为用户比较关注的瓶颈。 增强现实的本质是在真实场景中有机的融合虚拟信息 （如

48、计算机产生的图形、文字注释等） ，增强人对真实环境的感知体验，加强人与真实环境之间的交互体验。准确的识别和跟踪定位（三维注册） ，并由此完成的完善和真实的显示（虚实融合）就显得异常重要，同时相关芯片、组件和设备对于终端形成的成本、功创新研究报告 26 5G 联合创新中心创新研究报告云 AR 应用 耗、 重量方面的影响就构成了增强现实系统发展和推广的重要环节和发展的重要衡量指标。 而多人协同的系统使用部署方式的完善强化了社交体验则是整个增强现实体验完整的最好闭环。 当前，如图 1-12 所示，增强现实用户体验的主要瓶颈体现在关注目标识别与追踪的准确性、交互性和视觉舒适度等基础体验和感官体验方面。

49、其核心问题的根源是前端算力不足， 导致的关注目标识别种类的局限以及识别空间位置的漂移和错位， 同时算力和功耗及成本的约束也导致了影响视觉舒适度的因素的不足，主要包括增强现实设备显示部分的延迟、清晰度、刷新率等软硬件参数，影响用户的体验和混合场景真实性感受。此外，由于市场中大部分增强现实设备功耗较大，使用时长较低，也是降低用户体验的重要因素。 为了解决增强现实用户体验的诸多瓶颈， 开发者们不断尝试新的技术以提升前端算力，以及视场角、跟踪方式、软硬件清晰度、延迟、刷新率、设备功耗、穿戴舒适等软硬件参数。 云 AR 技术通过云端感知和渲染技术使得 AR 应用能够在云端完成复杂场景以及对象的准确感知，并实现更好的混合渲染效果，降低了本地渲染和计算算力不足和引发的额外设备功耗，减少本地存储对内容清晰度的限制，减少对设备性能的要求。采用云 AR 技术的增强现实设备在感知准确性、清晰度、设备功耗、硬件尺寸、重量等方面都具有明显的体验优势，还可以解决用户在体验增强现实设备时外接线路的干扰，提升产品用户体验的效果较为明显。 同时， 云 AR 可