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AR正(zheng)在(zai)成(cheng)為(wei)線(xian)下(xia)景(jing)點(dian)的重(zhong)要(yao)工(gong)具(ju)，它(ta)可(ke)以(yi)將(jiang)額(e)外(wai)的信(xin)息(xi)可視(shi)化(hua)，從(cong)而(er)提(ti)升(sheng)博(bo)物(wu)館(guan)等(deng)景点的參(can)觀(guan)體(ti)驗(yan)。通(tong)常(chang)，线下展馆采(cai)用(yong)移(yi)動(dong)AR應(ying)用來(lai)進(jin)行(xing)展示(shi)，這(zhe)種(zhong)方式(shi)基于手(shou)機(ji)摄像头和(he)视覺(jiao)算(suan)法(fa)，雖(sui)然(ran)使(shi)用門(men)檻(kan)低(di)，但(dan)依(yi)然有(you)壹(yi)些(xie)局(ju)限(xian)，比(bi)如(ru)：摄像头很(hen)難(nan)在近距离對(dui)焦(jiao)定(ding)位(wei)，遊(you)客(ke)常常需要将手机放(fang)在與(yu)展品(pin)有一定距离才(cai)能(neng)查(zha)看(kan)AR，而且(qie)与AR的交(jiao)互(hu)通常在手机屏(ping)幕(mu)上(shang)进行，这意(yi)味(wei)著(zhe)游客的註(zhu)意力(li)难以集(ji)中(zhong)在展品本(ben)身(shen)，因(yin)此(ci)會(hui)影(ying)響(xiang)實(shi)体展览的体验。

为了(le)讓(rang)线下展览与AR更(geng)好(hao)的互动，韓(han)國(guo)KAIST大(da)學(xue)的科(ke)研(yan)人(ren)員(yuan)研發(fa)了一种適(shi)用于展览的移动AR方案：WonderScope，这是(shi)一种優(you)化的AR人机交互設(she)計(ji)，其(qi)特(te)点是利(li)用RFID来定位，取(qu)代(dai)移动AR应用常見(jian)的视觉定位。據(ju)悉(xi)，这項(xiang)研究(jiu)由(you)KAIST工業(ye)设计系(xi)教(jiao)授(shou)Woohun Lee和计算学院(yuan)教授Geehyuk Lee牽(qian)头，該(gai)研究得(de)到(dao)了韩国科学和信息通信技(ji)術(shu)部(bu)科学和文(wen)化展览增(zeng)強(qiang)支(zhi)持(chi)项目(mu)資(zi)助(zhu)。

WonderScope原(yuan)理(li)

通常，AR定位方案主(zhu)要基于视觉掃(sao)描(miao)，一些方案基于二(er)維(wei)碼(ma)等视觉圖(tu)案，扫码即(ji)可開(kai)啟(qi)AR，缺(que)点是每(mei)個(ge)AR內(nei)容(rong)需要獨(du)立(li)的图案標(biao)誌(zhi)，而且也(ye)很难在展品上打(da)印(yin)图案。而WonderScope的不(bu)同(tong)之(zhi)處(chu)，在于它使用RFID来檢(jian)測(ce)展品表(biao)面(mian)的位置(zhi)和方向(xiang)，並(bing)在展品表面附(fu)近进行AR交互。簡(jian)單(dan)来講(jiang)，妳(ni)可以将它看作(zuo)是手机等移动设備(bei)的AR外设，其目的是让参观者(zhe)靠(kao)近展品表面体验AR，甚(shen)至(zhi)還(hai)可以一邊(bian)查看AR，一边觸(chu)摸(mo)展品，以得到触觉反(fan)饋(kui)。

该方案的原理是，在展品表面貼(tie)上RFID标簽(qian)，然後(hou)在手机上夾(jia)一个RFID傳(chuan)感(gan)器(qi)外设，當(dang)传感器靠近RFID标签時(shi)，便(bian)会在手机屏幕中触发AR内容，AR图像固(gu)定并疊(die)加(jia)在实物展品上，感觉就(jiu)像是使用手机来查看展品的數(shu)字(zi)分(fen)身。实際(ji)上，RFID是AR内容的中心(xin)点，当传感器在不同的方向遠(yuan)离该标签时，AR内容也在实时變(bian)化。

据了解(jie)，RFID是一种非(fei)接(jie)触式電(dian)子(zi)标签，原理是通過(guo)射(she)頻(pin)信號(hao)来識(shi)別(bie)目标并獲(huo)取数据，特点是在近距离传感，并可在復(fu)雜(za)的環(huan)境(jing)中運(yun)行。另(ling)外，RFID标签可以做(zuo)到足(zu)夠(gou)小(xiao)，安(an)裝(zhuang)和拆(chai)卸(xie)很容易(yi)，对展品影响較(jiao)小。在WonderScope方案中，RFID定位允(yun)許(xu)用戶(hu)在靠近展品表面的位置查看互动式AR图像，还可以同时戴(dai)手套(tao)触摸展品表面，实現(xian)体感反馈。

除(chu)了RFID外，还結(jie)合(he)了兩(liang)种位移传感器、IMU，可在多(duo)种材(cai)質(zhi)的表面上识别设备与RFID标签原始(shi)位置的相(xiang)对位置和方向。具体定位流(liu)程(cheng)如下：讀(du)取RFID标签，然后根(gen)据光(guang)学位移传感器、加速(su)度(du)计数据来推(tui)算相对运动，以及(ji)WonderScope的实时位置。该方案还考(kao)慮(lv)了设备高(gao)度、展品表面輪(lun)廓(kuo)特征(zheng)，从而提升设备位置預(yu)测的準(zhun)確(que)性(xing)。据悉，该方案定位效(xiao)果(guo)穩(wen)定，可在紙(zhi)張(zhang)、石(shi)头、木(mu)材、塑(su)料(liao)、亞(ya)克(ke)力、玻(bo)璃(li)，以及具有物理图案的不規(gui)則(ze)表面上使用。

細(xi)節(jie)方面，WonderScope主要由RFID标签、圓(yuan)柱(zhu)形(xing)传感器模(mo)塊(kuai)組(zu)成，其中传感器模块尺(chi)寸(cun)大約(yue)45x50mm，可固定在手机等移动设备上。其内置藍(lan)牙(ya)低功(gong)耗(hao)元(yuan)件(jian)，以及RFID读取器、两种位移传感器，以及IMU。其底(di)部的PCB包(bao)含(han)距离传感器，Wonderscope与展品距离小于4-5厘(li)米(mi)时，RFID閱(yue)读器将被(bei)激(ji)活(huo)。该阅读器在102毫(hao)秒(miao)内可检测到15毫米外的RFID标签。

此外，位移传感器包含了卡(ka)爾(er)曼(man)濾(lv)波(bo)器，可用于结合位移数据和IMU数据。Wonderscope根据精(jing)准度去(qu)權(quan)衡(heng)并组合卡尔曼滤波器輸(shu)出(chu)的信息，然后生(sheng)成位移预测，该预测足够可靠，在13毫米距离内，可识别0.81米/秒位移，效果比普(pu)通鼠(shu)标的传感器更好。

同时，科研人员还设计了一个配(pei)套的移动app，该app的程序(xu)通过识别到的数据来对准空(kong)間(jian)定位和AR内容，使AR与展品自(zi)然融(rong)合，仿(fang)佛(fo)就像展品的一層(ceng)虛(xu)擬(ni)表面。WonderScope也可以结合智(zhi)能手表，在手表上的屏幕查看AR内容。

三(san)种形態(tai)

針(zhen)对不同的应用場(chang)景，科研人员设计了三种不同形态的WonderScope：

1）手持式

WonderScope可以安装在手机上，效果類(lei)似(si)于数字放大鏡(jing)（将放大效果換(huan)成AR图像），使用时只(zhi)需要将它靠近展品表面，并从各(ge)个方向移动。此外，也可以和智能手表结合，视觉效果神(shen)奇(qi)，不过由于屏幕较小，交互会受(shou)限。

2）穿(chuan)戴式

借(jie)助3D打印部件，可以将WonderScope、智能手机固定在手套上，这种方案的好处是，用户可以通过手套触摸展品，体验触觉感官(guan)。此外，智能手机也可以產(chan)生振(zhen)动（比如模拟心跳(tiao)），进一步(bu)增强沈(chen)浸(jin)感。

3）结合其他(ta)设备

还可以将WonderScope、智能手机，通过3D打印部件固li定在玩(wan)具車(che)上，人可以控(kong)制(zhi)车在游戲(xi)板(ban)上移动，模拟勘(kan)探(tan)地(di)下礦(kuang)物的效果。这可以做成不錯(cuo)的AR桌(zhuo)游。

而为了验證(zheng)WonderScope的效果，KAIST科研人员设计了幾(ji)个实际应用场景，比如用手机查看头部模型(xing)的“大腦(nao)”，或(huo)是軀(qu)幹(gan)模型内的“人体器官”。在2020到2022年(nian)之间，这几种demo都(dou)曾(zeng)在线下展览中进行演(yan)示。

未(wei)来应用

WonderScope用RFID取代了摄像头，好处是不受环境光和算力等限制，在距离物体表面4厘米位置内定位，支持简单的3D交互。缺点是需要额外的设备，比常见的移动AR成本更高。不过，该方案效果是否(fou)稳定还有待(dai)關(guan)注，其定位精度基本是由RFID的密(mi)度来決(jue)定，密度高成本高，密度低效果差(cha)，卡頓(dun)。

科研人员预计，未来WonderScope不僅(jin)能用于工业、展览、博物馆等场景，还可以用于游戏、教育(yu)、廣(guang)告(gao)等領(ling)域(yu)。此外，还有望(wang)用于改(gai)善(shan)公共(gong)科学展览、博物馆和互动式教材，比如模拟登(deng)月(yue)效果、观察(cha)地下火(huo)山(shan)活动，利用AR来激发孩(hai)子們(men)的好奇心。

还可以在展品上加入(ru)感应燈(deng)，进一步增强AR与展品之间的聯(lian)动。参考：KAIST返(fan)回(hui)搜(sou)狐(hu)，查看更多

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