摘要：ARCore应用 - 图片来自谷歌官网2017年9月，苹果随iOS11系统正式推出了移动AR开发应用套件ARKit，谷歌也在一个月后发布了基于Android系统的AR套件ARCore，2月23日，ARCore1.0正式版本登陆Google ...
ARCore应用 - 图片来自谷歌官网
2017年9月，苹果随iOS11系统正式推出了移动AR开发应用套件ARKit，谷歌也在一个月后发布了基于Android系统的AR套件ARCore，2月23日，ARCore1.0正式版本登陆Google Play。半年以来，移动AR应用数量呈现爆发性增长趋势，而且苹果也在计划推出自己的专用AR设备。这些开发套件如何加快AR应用开发和普及？的前景如何？今天我们首先来简单介绍谷歌的ARCore平台。
AR设备和应用
使用HoloLens的中航工业职工 - 图片来自互联网
是增强现实[Augmented reality]的简写，是现实世界和虚拟信息合成显示的一种实时人机交互模式，相对于把人扔进虚拟世界的VR来说，AR是一种相对更宽泛的技术概念。AR系统具备三个突出的特点：①真实世界和虚拟的信息集成；②具有实时交互性；③是在三维尺度空间中增添定位虚拟物体。在智能手机出现以前，AR设备就存在于一些特殊应用中，例如飞机常用的降落导航视频头等，本文特指基于手机等移动设备的移动AR类应用。
国产AR智能眼镜
移动AR设备通常分为两种类型，第一种是光学透视式，Google Glass、HoloLens、一些国产的行业应用AR眼镜都属于光学透视型，这类设备是通过投影方式将虚拟信息投射到目镜上，光学信号直接和目镜上的现实世界信息合成显示。
ARKit应用 - 图片来自苹果官网
而另一种为视频透视式，现实世界的画面和虚拟事物直接合成至视频信号输出至屏幕，手机和平板电脑的AR就是视频透视式设备的典型。
符合特点①的应用例子非常广泛，通过后期处理将现实场景和虚拟事物合成的视频图像并不是什么新鲜应用，在各类影视节目中已经很常见，手机上的搞怪视频应用也不少，但只限于欣赏娱乐，并不具备实时性和交互性。两年前来比较知名的“AR应用”，如手机上红极一时的移动游戏《口袋妖怪Go》或者一些应用的AR功能如AR红包等，虽然符合了①和②的特点，但“红包和妖怪”等3D物件只是根据GPS等地理位置放在屏幕上，不和现实的场景产生互动。
在2017年前，符合这三个特点的移动AR应用数量较少。原因就在于制作AR应用涉及摄像头、计算机视觉，3D图形等多个领域，开发整合难度偏高，而且效果和效率都不理想。尤其在计算机视觉上，如何依靠摄像头获得的画面判定周围的场景是什么？如何确定平面和桌面？ARKit和ARCore本质上就是提供了一个统一的运算和交互开发接口，大大降低AR应用的开发门槛。
ARCore工作原理
AR应用是如何识别摄像头记录下的现实世界，并转换为一个3D虚拟事物的活动和交互空间呢？这里我们以谷歌的ARCore的三个核心技术为例：
ARCore技术 - 运动跟踪
运动跟踪：让手机可以理解和跟踪它相对于现实世界的位置。手机在现实世界中移动时，ARCore会检测捕获的摄像头图像中的视觉差异特征并生成特征点，这些特征点对应的是现实世界中的某个位置点，通过这些点结合手机的观星测量单元[IMU]可以计算出手机摄像头相对这些特征点的位置和方向，虚拟内容就会根据用户手机的方位渲染出相应的画面合成至屏幕，让手机屏幕上看起来就像是现实世界中的物体。
Google 谷歌 Pixel XL智能手机 - ARCore应用 - 《星球大战》的帝国士兵和猫头鹰？
ARCore技术 - 环境理解
环境理解：让手机可以检测平坦水平表面[如地面或桌面]的大小和位置。通过计算机视觉查找水平表面的特征[如角度、颜色、纹理等]，使其成为虚拟物体所在的平面，这样虚拟物体的放置和行动更像是存在于现实世界中。
ARCore技术 - 光估测
光估测：让手机可以估测环境当前的光照条件。 根据周围环境的光线信息改变3D模型的光照和阴影明暗效果，让虚拟物件看起来更真实。
Google 谷歌 Pixel XL智能手机 - ARCore应用 - 《星球大战》的猫头鹰？
Google 谷歌 Pixel XL智能手机 - ARCore应用 - 《星球大战》的猫头鹰？
通过以上三种图形视觉计算技术，构成了手机对于现实世界环境的理解，AR应用生成的3D物件可以定位于手机屏幕之上，通过手机触控屏进行跟踪和互动操作。因此ARCore不仅是开发平台，也是AR应用的基础运行库，应用的开发者可以专注于3D图形的设计、用户交互等部分，核心的视觉计算和定位部分由ARCore完成。上面用于直观图示的应用是Pixel XL自带拍照APP的一个小功能，可以看出，保持活动的虚拟人物和动物与手机位置、光线明暗的变化，如果没有放大图看，效果还是很有意思的。联动在4年前，谷歌推出过Project Tengo的AR手机，其中使用了特殊的感光器用于进行深度监测，由于成本限制并没有得到广泛使用，而ARCore仅依靠手机光学摄像头就可以工作就可以达到专用硬件的近似效果。
AR应用展望
由于ARKit和ARCore的推出，统一化的开发标准和易用的API接口大大降低了移动AR应用的开发门槛，这也正是AR应用数量暴增的原因，但ARCore本身只是一个应用开发接口，因此苹果的ARKit在经历短暂的爆发后，目前新AR应用发布数量有下降趋势，尝鲜的小型应用很难持续火热，AR应用能否满足实用性和以假乱真，取决于硬件和软件开发者的水平以及市场需求。
相对于VR来说，AR应用的开发和使用门槛都明显更低，可以被更多的手机用户接受，和现实世界的结合能使其用途更加广泛，两者间不存在明显的竞争关系。除了游戏娱乐外，行业和教育类应用也在更多引入AR技术，提升工作和学习效率。ARCore支持Andorid 7.0以上系统，谷歌也将和手机厂商合作，在国内的应用市场提供下载，谷歌还在和京东等企业合作，推出不同实用场景的AR测试应用，2018年对于AR行业和应用来说，将是至关重要的发展时机。
