增强现实技术应用于AR赛车游戏研究

增强现实技术应用于AR赛车游戏研究

江宇源

网易（杭州）网络有限公司，浙江杭州 310052

摘要：AR赛车是一款采用了现实增强技术的三维汽车竞速游戏。将增强现实技术应用到赛车游戏中，给游戏带来了全新的控制方式和场景效果，玩家不再使用键盘来控制赛车，而是在镜头前操控有特定标识图像的纸片来控制。从画面的角度来看，AR赛车与传统的游戏存在较大差异，AR赛车一直都是在一个虚拟的环境中，将真实的环境和虚拟物体融合在一起，形成了虚拟场景。这些特性将为玩家提供完全不同的游戏体验。因此，本文针对增强现实技术进行详细分析，并探讨增强现实技术在AR赛车游戏中的应用，以此来为这一技术的发展提供重要支持。

关键词：增强现实技术；AR赛车游戏；摄像头；虚拟

    游戏在近些年，发展速度较快，各种种类的游戏就像雨后春笋一样不断地冒出来，数量也在不断增加。但是，对于玩家来说，他们对游戏的控制方式和场景效果并没有发生很大的变化。现在，绝大部分的计算机游戏的运行操作都不能离开鼠标键盘，因为屏幕也始终还处于虚拟场景之中。由于现实增强技术拥有着特殊的吸引力，所以在近些年，在游戏发展和应用过程中，逐渐变成了国内外的一个研究热点。通过虚实相结合的游戏场景，带给了玩家一种身临其境的互动感受，这是增强现实技术在游戏中应用的优势。

一、增强现实技术

（一）技术原理

    AR是一种新的概念。所谓的增强现实，就是将现实与虚拟两个世界"无缝"融合的一项新技术，即利用计算机等科技手段，对一些在特定时空中难以感受到的物质（如：视觉，听觉，味觉，触觉等等）进行了模拟与重叠，从而将这些虚拟的物质与现实相结合，从而使其成为现实。为人的感觉所觉察，因而获得了超出真实世界的感觉体验[1]。现实中的场景与虚拟对象被实时地重叠于同一屏幕或空间中，并在同一时空出现。在这种情况下，既可以展示现实中的信息，又可以展示虚拟中的信息，两者可以互相补充和叠加。而在视觉化增强显示中，使用者通过头盔和显示器，将现实与计算机图像进行多重组合，就能看见周围的一切。该技术包括多媒体、三维建模、实时视频显示与控制、多传感器融合、实时跟踪与登记、场景融合和其他新的技术和方法。扩增实境所能提供的资讯，通常与人们所能感受到的因袭是不同的。

（二）组成形式

    一个完备的增益现实系统需要一套紧密相连的、实时运行的硬件组件和相应的软件组件来完成。（1）Monitor-Based。本项目提出了一种利用电脑显示屏的 AR技术，将摄像机拍摄的现实场景信息导入电脑，再将其与电脑绘图软件生成的虚拟场景进行组合，最后将其显示在电脑显示屏上。使用者可以在屏幕上看见强化后的画面。尽管较为简单，但是并没有给使用者带来身临其境的感受。（2）光学透视式。头盔型显示屏（HMD）作为一种新型的显示设备，在虚拟现实中得到了越来越多的使用。相似的展示方式也被用于增益实境的研究人员所使用，即被称为可穿入的HMD。按其实施机理可分为两种：一种是以光为基础的穿透型头盔显示器，另一种是以影像合成为基础的头盔显示器。基于光学视角的 AR系统具有结构简单、分辨率高、无视觉偏差等优势，然而其对 AR系统的定位精度要求高、延迟匹配困难、视野狭窄、成本高昂等问题。（3）视频透视式。一种用于视景增强现实的可渗透 HMD的图像综合技术[2]。

（三）应用领域

    AR技术不但适用于与VR技术相似的各个方面，例如先进武器的研发、航空器的开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐和艺术等方面有着非常广阔的用途，并且因为它所具备的可以对现实环境进行放大的展示和输出的特点，它可以被用于医学科研和解剖训练，精密仪器的制造和维修，军用飞机的导航；相对于 VR技术而言，AR在工程设计、遥控等方面有着更为显著的优势。（1）医学方面：医师可以通过现实增强技术，轻松准确地确定患者的手术位置。（2）军用：军队可以通过增强现实技术，对目标进行方向辨识，获取到一些关键的军用资料，比如他们现在所处的位置。（3）文物恢复与数字文物保存：游客将文物资料以增强现实形式呈现，使用者不但可透过 HMD观看文物的说明，更可观看文物破损部位的虚拟重建。（4）在工业维护方面：利用头盔型显示器向使用者显示各种辅助资料，其中包含了虚拟仪器面板、被维护设备的内部构造、被维护设备的部件图纸等。（5）互联网视频通信方面：本系统利用了增强现实技术和脸部追踪技术，将一些虚拟物品如帽子、眼镜等，在说话的时候将其脸部进行了实时的重叠，极大地增加了视频通信的乐趣。（6）在电视直播方面：利用增强现实技术，可以在直播体育赛事的同时，在屏幕上实时地叠加一些辅助信息，让观众能够获得更多的资讯。（7）娱乐与游戏类：将世界各地的游戏整合到一起，让世界各地的游戏者，一起在一个真正的大自然中，通过虚拟的分身，在网上战斗[3]。

二、增强现实技术在AR赛车游戏中的应用

    AR技术的运用主要包括两个方面：①车辆选择过程：②车辆驾驶过程。在车辆选择过程中，在使用摄像机读取进入的录像画面时，若鉴定出一张标识卡片。然后，将标识卡在摄像机坐标系中的位置进行计算，并在这个位置上输出对应的车辆模型。在控制市场流程中，当程序识别到用来控制车的标识卡后，可以计算标识卡平面在摄像头坐标系中的法向量，并将法向量的变化量作为对车的控制量。在赛道上操纵车辆的运行

[4]。

    这类戏是在开放源码的 ARToolKit基础上进行的。（1）ar Detector（），其具有用于检测该视频帧的识别卡片。（2） arGetTransMat ()是用来获得在相机坐标系统内标志卡上的一个特定点的三维坐标的，在选择车辆过程中，首先使用arDetectMarker（）来识别出一个选择车辆标志，根据这点的坐标来求出标志卡上的一个平面的法矢量，最后利用这个法矢量的改变来对车辆进行前、后、左、右的动作进行控制。

结束语

    而虚拟与真实相融合的虚拟与真实环境所带来的沉浸式交互体验，正是虚拟与真实环境相融合的优点。AR赛车可以带给玩家一种全新的游戏体验，也可以展现出 AR技术的魅力，让更多的人对AR产生兴趣并，提高对AR的了解。

参考文献：

[1]网易(杭州)网络有限公司. 在增强现实中控制虚拟控制对象移动的方法、装置及终端:CN201810292180.3[P]. 2020-03-10.

[2]王丽萍. 虚拟现实(VR)及增强现实(AR)在体育产业中的应用研究[J]. 文体用品与科技,2022,12(12):34-36.

[3]安冉. AR增强现实技术在高校图书馆中的应用研究[J]. 信息记录材料,2022,23(10):94-97.

[4]张广超,王爽. AR增强现实技术在商业展示空间中的应用研究[J]. 工业设计,2022(4):101-103.