增强现实登山游戏的交互系统设计与实现文献综述

一、文献综述

（一）国内外研究现状

增强现实(AR)和虚拟现实(VR)二者有着相似也存在大量不同。1977年罗纳德.阿祖玛总结了AR的三个应用属性：1)真实与虚拟的结合2)实时交互3)实与虚结合（如重新校准、遮挡、亮度）。具体来说增强现实是由真实世界的场景和计算机生成的含有字母、数字、符号或图形的信息叠加的虚拟景物组合而成，计算机生产的虚拟景物对真实场景起着增强的作用，并提高人们对真实场景的感觉和认识。与之不同的是虚拟现实(VR)所呈现的，是一个封闭的、虚拟的世界。增强现实本质上仍然是一种与真实世界互动的体验，但是在增强现实中，用户周围的物理环境无论在视觉上还是在听觉上，甚至在数字上都得到了强化^[1]。

在AR中人机交互是一个核心关键。人机交互技术是指用户以便捷、自然的方式与智能设备生成的虚拟场景进行信息交换的技术^[2]，不论是虚拟还是增强现实都是基于视觉、听觉、触觉等机制使用头戴式显示、增强性显示、触觉和力反馈等装置实现的，所以两者发展的关键就在于位置方向传感器和反馈设备。合理、全方位、多层次的交互可以给予用户更加的沉浸感。

相应的增强现实设备的快速发展使得增强现实技术应用遍布各个行业，在游戏、体育、教育、医疗方面增强现实技术都已得到应用且融合趋势还在发展。体育与AR的融合也是当今行业融合的一个重要趋势。其中体育游戏是融合的重点，在网络体育游戏概念中,“网络”是其方式和手段，指这项运动是借助互联网为核心以及由其营造的环境来进行，这一切都是依赖互联网来实现的，而体育游戏是将体力活动与智力活动相结合，具有浓厚娱乐气息的身体练习和思维练习方法^[23]。AR体育游戏源于网络体育游戏又具有其独特性，AR技术运用于体育运动则打破了虚拟与现实的次元，让运动既有真实性又富有网络游戏的趣味感。

从国内外AR与体育运动的研究中不难看出AR与体育运动的结合是历史的趋势，体育运动除与AR结合外和医疗健康的结合也一直是热门，医学与体育健康的结合还产生了运动医学学科。运用医学的技术和知识对体育运动进行监督和指导，对于大众可以防治运动伤病，对于专业运动员则起到保障运动员身体健康和提高体育成绩的作用。医疗在运动中的应用主要可分为1）人体生理指标监测2）运动姿势调整3）运动与疾病关系分析。人体生理指标监测是最广泛的被运用于体育运动的，例如运动过程中心率、血压、血氧的检测，呼吸频率与热量的消耗等都是热门的研究方向。

总而言之AR技术与体育运动的融合在不断加深，而体育运动与健康检测又本就是一对孪生兄弟，所以多学科的融合成为发展的必然。

（二）研究主要成果

增强现实技术已经广泛应用于各个行业。其中游戏行业备受瞩目，2015年任天堂联手Niantic发布了一款基于GPS的AR游戏《Pokemon Go》。这款游戏结合了收集、养成、升级、任务等，玩家通过智能手机在现实世界中发现宝可梦，进行抓捕和战斗。这款游戏火爆全球成为了一款现象级的AR游戏。Ingress则比《宝可梦，Go》更具有沉浸感，作为一款AR的射击游戏玩家可以借助手机的摄像头与现实中的其他玩家进行对战。任天堂的“健身环大冒险”则和前者不同，是利用“健身环”进行交互运动的体感游戏。因AR技术与游戏结合给予游戏玩家的新鲜感以及游戏玩法打破了传统玩法的束缚使得《宝可梦，Go》、《Ingress》等游戏大获成功，但距离AR游戏市场的完全成熟还有一段路要走，现阶段爆火的AR游戏大多基于手机屏幕，而用户渴望AR图像不需要依托手机屏幕，而是以一种“现实”的形式存在，这种身临其境感或许会在不久的将来实现。

随着体育运动的发展AR与体育的融合也成为发展的必然。AR与体育运动的方式结合多样，其交互方式也多元化，AR运动的交互方式主要与显示设备、听觉显示装备、触觉和力反馈装置以及各类感应器有关。从视觉显示上来说主要可以分为1）基于手持式移动显示设备的运动科普教育和观赛2）基于头戴式设备的运动检测及指导。