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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。

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。

7、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。

原文链接：6 Tracking methods in augmented reality

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