下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
可以实现增强现实的硬件设备主要包括移动手持式设备、头戴式显示器（HMD）、智能眼镜及空间增强现实显示设备等。
各种智能手机及iPad等移动手持式设备，可以通过增强现实应用程序的实时取景器观看叠加显示的数字图像，并可以通过单击屏幕与虚拟数字图像进行交互，这就是移动手持式显示器的工作模式。这类设备的性能依然在持续进步，显示器分辨率越来越高，处理器越来越强，相机成像质量越来越好，自身带有多种传感器。这些都是实现增强现实必要的组成元素。尽管手持设备是消费者接触增强现实最为直接方便的方式，但由于大部分手持设备不具有可穿戴功能，因此用户无法获得双手解放的增强现实体验。
头戴式显示器就像头盔一般，在头盔内部装有一块或多块显示屏。头戴式显示器上通常装有两个甚至更多的摄像头，用于采集真实场景的图像，然后再将这些图像经过校正、拼接后和虚拟物体的画面叠加显示在用户视野中。头戴式显示器通常搭载自由度很高的传感器，用户可以在前后、上下、左右、俯仰、偏转、滚动六个方向自由移动头部，头戴式显示器会根据用户的头部移动对画面进行相应的调整。
智能眼镜是带有屏幕、摄像机和话筒的眼镜，用户在现实世界中的视角被增强现实设备截取，增强后的画面重新显示在用户视野中。增强现实画面通过眼镜镜片反射，从而进入眼球。
2012年4月，Google公司联合创始人、Google Glass项目的牵头人谢尔盖·布林（Sergey Brin）在旧金山的一场活动上首次佩戴Google Glass公开亮相，吸引了全球的目光。尽管当时的Google Glass仍然是原型机，但是形态已经和现在公开发售的Google Glass非常相似。在一个U型金属框架下，佩戴者从右耳到右眼被Google Glass长条形的机身覆盖。机身中包含设备的处理器、触摸控制板、摄像头和投射显示模块等元件，尽管功能十分有限，但人们都被这种未来科技感所震撼。
Google Glass正式公布之后，在长达一年的时间里只提供给和谷歌有合作关系的开发者使用，名为Developer Edition。2013年4月，谷歌正式将对外提供的眼镜命名为Google Glass Explorer Edition，按照1.5万美元的价格销售给经过谷歌认证的Glass Explorer。Google Glass是有史以来人们见到过的最接近大众期待的AR人机交互产品，但却在相当长的一段时间里无法为大众所用。
图1.17 Google Glass
2017年7月20日，Google Glass发布了企业版，已开始面向合作伙伴提供，如图1.17所示。此次Google Glass以商业版的形式回归，产品的代号为Glass Enterprise Edition。虽然Google Glass l的消费版夭折了，但是之前就有不少工业生产企业选择使用这款眼镜来提高他们的工作效率。而商业版的正式推出，也是谷歌明确产品定位的一大进步，Glass Enterprise Edition将针对有特殊需求的企业，谷歌还希望通过商业版的计划为更多的企业提供定制的、端到端的支持。
2016年3月30日，微软在一年一度的Build大会上宣布HoloLens开发者套装正式在美国和加拿大市场发售，价格为3000美元，如图1.18所示。除了开发者版的HoloLens眼镜、常规的包装盒和充电器，套装还包括可交互的Clicker配件和另外7款应用及游戏。
HoloLens的镜片采用通透式成像技术，佩戴者的视线将完全沉浸在现实场景和虚拟界面相结合的AR世界，而不是像Google Glass要求的那样，必须把视线移动到“小棱镜”的位置，才能看到里面“小屏幕”上的内容。HoloLens上使用了多个深度镜头和光学镜头，采集回来的数据直接在应用端进行处理，由英特尔最新的Atom处理器制作出影像，并以60帧每秒的速度输出并投影到用户的视网膜上。镜片采用通透式成像技术，最前面的那层深色玻璃则没有输出输入效果，起到的只是对外部杂光的过滤作用。HoloLens不需要线缆连接任何外部计算设备，因为它本身就是一部可以运算的计算机。
HoloLens能够让使用者进入一个未来的世界，给人一种叹为观止的用户体验。它是一台完全独立的计算设备，内置了包括CPU、GPU和一个专门的全息处理器。它能够追踪人的手势和眼部活动，屏幕和投影都会随着人的活动而移动。HoloLens的最成功之处可能就是用AR全息投影“欺骗”大脑使大脑将看到的光当成实物。其终极目标就是让人感知光的世界，它既存在，也不存在，重要的是让大脑认为它待在一个实体世界里。
2017年12月，Magic Leap公司公布了旗下第一款增强现实AR眼镜产品Magic Leap One，官方称之为“Creator Edition版本”。Magic Leap One已经在Magic Leap新版网站上发布，如图1.19所示。表面上看，Magic Leap的外观算不上好看，但设备的体积控制得比较理想，戴上眼镜后并不会有明显的重量感，因为主要负责性能处理和运算的部分都移到了那个圆盘主机上，而且实际使用时可以直接别在腰间。它的内部搭载的是来自NVIDIA的Tegra X2芯片，此外还有8GB的内存和128GB的存储空间，内置的电池可以供Magic Leap连续运行3小时左右。
图1.18 HoloLens
图1.19 Magic Leap One
Magic Leap的核心技术是“光场显示技术”，与微软的HoloLens不同。二者的感知部分没有太大差异，都是空间感知定位技术，最大的不同来自显示部分。Magic Leap是用光纤向视网膜直接投射整个数字光场，产生所谓的电影级的现实。而HoloLens则采用一个半透玻璃，从侧面DLP投影显示，虚拟物体总是实的，所以沉浸感会打折扣。如果Magic Leap的光场显示技术最终实现，它将是目前所能看到的所有增强现实设备里最好的一种显示方式。
DAQRI公司成立于2010年，2011年其第一款AR平台发布，通过智能手机扫描二维码，可以将图片、视频与手机摄像头取景进行叠加。与HoloLens希望在工业和家庭应用两方面双管齐下不同，DAQRI的AR头显只定位于工业应用。这家位于美国洛杉矶的AR公司，想要用AR技术把工人武装成“超人”。DAQRI的AR头显名为Daon Smart Helmet，核心元件包括第六代英特尔M7-6Y75处理器与一系列360°的感应器。DAQRI采用了英特尔的实感技术。简单来说，实感技术就是一套英特尔开发的搭载多种传感的摄像头组件，它采用了主动立体成像原理，能够模仿人眼的视差。DAQRI的实感技术系统主要由3个传感器组成：一个集成的RGB摄像头，一个立体声红外摄像头和红外线发射器，通过左右红外传感器追踪，利用三角定位原理来读取3D图像中的深度信息，如图1.20所示。实感技术的应用，能够改变与设备之间的交互方式，让设备“看懂”人的眼神，“听懂”人的声音。
图1.20 DAQRI AR头显
DAQRI公司对这些技术进行深度优化定制，希望让工业领域，如石油钻井平台和制造业的工人等有更高的工作效率和更安全的工作环境。DAQRI选择了透明的显示屏，外镀一层蓝膜，以适应室内外都需要有清晰视角的工业作业特性。此外，DAQRI还特别在头显上集成了一个热感应摄像头，专门用于检测工业设备运行过程中的发热量，然后再将数据以图像的形式，反映在AR显示屏上。
Meta公司成立于2012年，主要生产的产品是AR眼镜Meta Glass。Meta Glass采用独特的光学结构和底层算法，已经实现了90°的可视视角。同时，在硬件上叠加了包含空间定位、系统平台和人机交互等基础功能，并且还在着力为开发者提供能够快速开发应用的开发系统套件。从外观和功能的角度看，Meta2与HoloLens的构造非常相似。与其他的头戴式AR设备一样，佩戴者需借助面前的一块特殊光学玻璃才能看到画面中随时变化的物体，并与之进行交互，如图1.21和图1.22所示。
图1.21 Mate2侧方向
图1.22 Mate2正方向
0glass公司已研发出国内可量产首款墨镜式AR一体机——0glass智能眼镜，并已升级至第三代。在配置上，该眼镜的设计遵循人体工学——三层镜片、L型鼻托、环绕镜腿；36°F0V、高分辨率OLED显示屏、85%高透光显示；1300万像素高清防抖摄像头；骁龙工业专用处理器和工业级AR算法带来极佳的机器性能和体验；语音交互使用工业级降噪麦，彻底解放一线工人的双手，如图1.23所示。目前，0glass眼镜已经在国家电网、华为、西门子、江铃汽车和两个军工企业进行了试点应用，应用行业覆盖了电力、汽车、航空和军事等。
图1.23 0glass智能眼镜
空间增强现实显示设备是利用视频投影仪、全息摄影技术和其他技术，直接把数字信息显示在真实物体上，用户可以裸眼观看，不再需要显示器。实时交互通过控制器终端操作，结果也会实时投影在真实物体上。这套增强现实系统可以提供裸眼的增强现实信息，能根据应用场景的实际情况，设计出创意十足、效果酷炫的视觉效果，适用于固定场所中需要更大显示屏或更高分辨的场景。这些极少移动的系统可以搭载更加先进的相机系统，因此能够更加精确地识别人物和场景。此外，显示屏往往更大，分辨率更高，而且受阳光和照明等环境因素的影响较少。比如商家在某大型购物广场用增强现实的形式进行商业推广时，一般都会采用这种增强现实硬件设备。