【導讀】AR（Augmented Reality）即增強現實
，也就是在現實環境中加入虛擬內容顯示。VR（Virtual Reality）即虛擬現實，指的是完全模擬一個虛構的環境。而將AR的擴充實境和VR的虛擬實境相混合的場景，則可稱為MR（Mixed Reality）。

AR/VR的應用

當AR/VR技術出現的時候
，人們自然地將其和遊戲掛了鉤。通過對於虛擬世界的打造和與現實物理世界的融合，AR/VR技術能夠帶來更為沉浸的遊戲體驗。

然而，在遊戲設備上的市場開拓存在諸多的難點

，對於設備的功耗、體積以及內容生態的要求都極為苛刻。但在工業
、教育、醫療等多個領域
，對於設備形態
、功耗的要求並沒有那麼高
，對於垂直應用的生態打造也更為簡單。尤其是在工業製造業領域，AR/VR設備正在打開局麵
，真正實現生產力的提升。

AR/VR和工業應用緊密結合，實現生產效率提升

AR（Augmented Reality）即增強現實，也就是在現實環境中加入虛擬內容顯示。VR（Virtual Reality）即虛擬現實，指的是完全模擬一個虛構的環境。而將AR的擴充實境和VR的虛擬實境相混合的場景，則可稱為MR（Mixed Reality）。

在工業場景中
，AR/VR這項技術已經在各類應用中開始發揮潛能。

首先在設計和原型製作方麵
，VRkeyizhijiezhanshichanpindewaiguan，erwuxuchuangjianzhenshidewuliyuanxing。zhedafujianshaolechanpinshejiheshenhesuohuafeideshijian，tongshihaikeyifangbianduomingshejizhetongshizaitongyigexiangmuzhongjinxinghudong
，nenggouweizhizaoshanghekehutigonggengbizhendechanpinshejixiaoguo。

第二是在設備可視化方麵

，AR/VR技術可以幫助工程師更直觀地了解設備的工作原理和各個部件的位置。例如，VR可用於模擬製造過程

，使工程師能夠識別設備放置或工作流程的潛在問題。AR可用於設備實時信息的虛擬顯示
，使技術人員能夠快速識別問題並進行維修
，這有助於減少停機時間並提高設備性能。

第三在產線維護和裝配線優化方麵，通過VRjishumonishengchanhuanjing，zhizaogongsikeyitiqianzhaochuqianzaiweixiebingyuyixiaochu。tongguoyushuziluanshengjishujiehe，zhizaoshangkeyitiqianceshigezhongbutongdezhuangpeixianfangan，zaizuochurenhewuligenggaizhiqianpingguchuyouxiufangan。ertongguomonizhuangpeixianshangchanpinhegongrendeyidong，zhizaoshanghaikeyishibieqianzaidepengzhuanghuoganshe，youhuawuliaohegongrendeliuxian。ciwai，tongguomonishengchanxianbujubianhuadeyingxiang，zhizaoshangkeyitiqianquedingyouxiubujuyishishengchanxiaolvdadaoyuqi。

除了上述提到的應用方向外，在物流和倉儲管理
、生產事故預防、安全培訓和資產追蹤等應用上，AR/VR技術也可以帶來效率和安全性的提高。

圖1：HoloLens 2在製造業中的應用

（圖源：微軟）

以上列舉的各種AR/VR技術在工業場景中的應用
，絕非隻是處於概念階段，而是已經有實際的案例。

美國空客公司在裝配任務中利用Microsoft HoloLens 2 AR眼鏡來指導工人輕鬆訪問視覺數據點
，從而通過分步說明簡化複雜的裝配流程
；邁凱倫的設計師利用AR/VR技術在逼真的沉浸式環境中進行新車型的設計。

反觀國內，AR/VR技術在工業領域的市場前景也是一路看漲，實際應用案例層出不窮，遍布工業應用各個方向。

國內企業應用

擁抱AR/VR技術革新

據億歐智庫預測，2025年中國AR/VR企業級應用市場規模將不低於931億元，其中工業製造領域市場規模將達到292億元，僅次於教育市場。而且從技術成熟度來看，遠高於其他應用市場方向，具備較高的商業變現可行性。

圖2：國內企業級AR/VR應用場景

（圖源：億歐）

在鋼鐵行業，寶武鋼鐵的AR智能運維係統，打造了全新的冶金業設備運維工作方式；在能源行業，正泰集團引入AR配電運維係統，實現新手員工的可視化指導；在紡織行業
，國機集團武漢紡友引入VR係統，基於真實數據構建的虛擬現實係統可以逼真還原現實生產環節
；在石化行業
，東北石油局集成AR技術，有效釋放了專家資源
；在家電行業

，海爾引入AR首件質檢係統，實現更準確高效的全數字化質檢場景。

那麼AR/VR技術是如何在這麼多具體工業應用中發揮作用的呢
？我們展開海爾的例子來看一下。

zaijiadianzhizaoye，shoujianchanpinjianceduishengchanzhiliangbakongyiyizhongda。ruguoshoujianchanpinzhiliangwentibunengjishifaxian
，kenenghuidaozhiqiyehouxuzhengtichanxianzhenggepicidechanpinwenti
，dailaizhongdasunshi。dangqiandaduoshugongchangrengcaiyongrengongjianzhahezhizhidanjutianbaodefangshi，zhenggeguochengcanyurenyuanzhongduo
，shujushangchuanzhihou、效率極低。

圖3：海爾首件質檢係統

（圖源：海爾）

海爾滾筒互聯工廠於2021年開始引入AR首件質檢係統，質檢人員在質檢過程中佩戴AR眼鏡
，為其實時定位部件位置
，提供檢驗內容、操作指導等數字信息；並且可以通過語音進行整個質檢係統的輸入、配置等交互操作。完成檢測之後
，數據直接通過AR眼鏡上傳至AR首件質檢係統的數據庫中
，提高了質檢可追溯能力，助力海爾在首件質檢中效率提升。

IDC預測，2026年全球AR/VR總投資規模將增至747.3億美元
，其中中國的投資規模將增至130.8億美元，為全球第二大單一國家市場。而隨著AR/VR技術在工業應用中的普及

，近兩年來工業元宇宙的概念也被頻頻提起。據TrendForce預測，工業元宇宙將推動全球智能製造業在2025年達到5,400億美元的市場規模。

圖4：中國AR/VR市場支出預測

（圖源：IDC）

AR/VR交互的基礎

深度圖像的實時感知和捕捉

renyanjingzhuangtitongguojiroudeshensuoheshuzhan，nenggouzidongshixianjiaojutiaojie
，jiangyuanjinbutongwutizhunquechengxiangzhishiwangmoshang。shuangyanzaiduitongyigewutijujiaoshi，liangyanzhijiandewuxiangchayijiushishuangyanshicha。jiangcishuangyanshichaxinxizaidanaoshijiaopicengjinxingchuli，jiukeyirangwomenpanduanchudaowutideshijijuli。

我們是靠人眼來感知物理世界的深度信息，而AR/VR交(jiao)互(hu)的(de)基(ji)礎(chu)，則(ze)是(shi)通(tong)過(guo)深(shen)度(du)相(xiang)機(ji)來(lai)實(shi)現(xian)對(dui)於(yu)實(shi)境(jing)的(de)圖(tu)像(xiang)信(xin)息(xi)的(de)捕(bu)捉(zhuo)。普(pu)通(tong)的(de)相(xiang)機(ji)拍(pai)攝(she)的(de)是(shi)二(er)維(wei)的(de)平(ping)麵(mian)坐(zuo)標(biao)信(xin)息(xi)，而(er)深(shen)度(du)相(xiang)機(ji)能(neng)夠(gou)定(ding)位(wei)圖(tu)像(xiang)中(zhong)每(mei)一(yi)個(ge)點(dian)的(de)深(shen)度(du)數(shu)據(ju)，實(shi)現(xian)XYZ三維坐標信息的采集。

目前市麵上常見的深度相機方案有三種，分別是結構光、雙目視覺和ToF。

結jie構gou光guang是shi通tong過guo光guang學xue手shou段duan獲huo取qu被bei拍pai攝she物wu體ti的de三san維wei結jie構gou。首shou先xian近jin紅hong外wai激ji光guang器qi將jiang具ju有you一yi定ding結jie構gou特te征zheng的de光guang線xian投tou射she到dao被bei拍pai攝she物wu體ti上shang，再zai由you專zhuan門men的de紅hong外wai攝she像xiang頭tou對dui這zhe些xie光guang線xian產chan生sheng的de不bu同tong圖tu像xiang相xiang位wei信xin息xi進jin行xing采cai集ji，之zhi後hou運yun算suan單dan元yuan將jiang這zhe些xie返fan回hui的de編bian碼ma圖tu案an的de畸ji變bian進jin行xing算suan法fa計ji算suan，從cong而er獲huo得de物wu體ti的de位wei置zhi和he深shen度du信xin息xi。

ToF是shi通tong過guo測ce量liang光guang脈mai衝chong的de飛fei行xing往wang返fan時shi間jian來lai計ji算suan距ju離li。激ji光guang器qi發fa射she的de連lian續xu激ji光guang脈mai衝chong

，碰peng到dao物wu體ti之zhi後hou會hui反fan射she回hui來lai，然ran後hou被bei接jie收shou器qi接jie收shou，通tong過guo計ji算suan往wang返fan的de時shi間jian差cha來lai獲huo得de物wu體ti具ju體ti位wei置zhi信xin息xi。

shuangmushijiaoyechengshuangmulitishijiao，jibenyuanliyurenyanleisi。liyonglianggechuanganqihuoqutongyigebeicewutideliangfutuxiang，ranhoujisuantuxiangduiyingdianjiandeweizhipiancha，laihuoquwutidesanweixinxi。

圖5：雙目立體深度相機的工作原理

（圖源：www.revopoint3d.com)

這zhe三san種zhong深shen度du相xiang機ji都dou可ke以yi獲huo得de物wu體ti的de三san維wei信xin息xi
，但dan各ge有you優you劣lie。結jie構gou光guang深shen度du相xiang機ji精jing度du較jiao高gao
，但dan需xu要yao較jiao長chang的de曝pu光guang時shi間jian，因yin此ci不bu適shi用yong於yu高gao速su運yun動dong場chang景jing

；但因其采用主動光源形式
，因此夜晚也可以正常工作；ToF深度相機能夠實時測量深度，並且探測距離更長
，但在明亮的光線條件下可能會受到幹擾；雙目深度相機受到兩個傳感器之間的視差影響，對於較遠的物體位置檢測不夠準確，同時圖像信息處理的計算量較大。

在AR/VR應用中，深度相機既可以實時跟蹤用戶的麵部表情、頭部和手部動作，以提高沉浸感和交互性，改善虛擬體驗
；又可以獲取周圍環境的實時深度信息，精確定位物體位置，使虛擬世界和現實世界的融合更加自然。

圖6：各種結構光和ToF深度相機的工作原理

（圖源：ResearchGate)

體積更小、更快開發

更易集成的深度相機

要在整個係統中添加深度相機
，既要考慮算法開發和應用匹配，又要考慮功耗、體(ti)積(ji)和(he)算(suan)力(li)需(xu)求(qiu)。如(ru)果(guo)能(neng)夠(gou)直(zhi)接(jie)選(xuan)擇(ze)一(yi)款(kuan)完(wan)整(zheng)成(cheng)熟(shu)的(de)深(shen)度(du)相(xiang)機(ji)方(fang)案(an)，無(wu)縫(feng)地(di)集(ji)成(cheng)到(dao)現(xian)有(you)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)，就(jiu)可(ke)以(yi)加(jia)快(kuai)開(kai)發(fa)進(jin)度(du)，實(shi)現(xian)事(shi)半(ban)功(gong)倍(bei)的(de)效(xiao)果(guo)。

Intel RealSense立體視覺（雙目）深度相機係列，就是這樣一套成熟方案。據悉，該係列是市場上非常廣泛的深度攝像頭產品線
，擁有一係列激光雷達、立體傳感器和跟蹤攝像頭，可在不同條件下的多種環境中運行。同時整個產品線中采用了統一的軟件開發套件(SDK)
，這使得開發人員能夠快速適應，在單一解決方案中輕鬆使用多個攝像頭，實現更快的產品上市時間。

Intel RealSense提供了多種不同的產品型號，但采用了統一的D4係列處理器。該處理器使用先進的算法處理來自深度相機的原始圖像流

，無需專用GPU或主機處理器即可計算高分辨率3D深度圖。將此視覺處理器添加到客戶的AR/VR、機器視覺係統中可以實現快速定製設計，從而為係統的主機處理器釋放更多帶寬。

圖7：Intel RealSense D4處理器

（圖源：Intel）

D405是整個Intel RealSense係列中，新推出的外型尺寸極小的一款深度相機，比一個高爾夫球還要小。該型號適用於短距離應用（7cm至50cm）
，能夠在7cm處檢測到500微米的小物體。該產品集成了可提供匹配RGB和深度數據的高分辨率、彩色
、全局快門深度傳感器
，並通過圖像信號處理器(ISP)對來自深度傳感器的RGB數據進行增強。

圖8：Intel RealSense D405拆解圖

（圖源：Intel）

在貿澤電子搜索料號“82635DSD405”，就可以獲取關於Intel RealSense D405的更多詳細信息。

而除了深度相機外，通常在AR/VR設備中，也會集成IMU或三軸加速度計這一關鍵器件。IMU即慣性測量單元（Inertial Measurement Unit），在頭戴設備中用於追蹤用戶頭部的旋轉角度和傾斜運動；在手柄和控製器上用於跟蹤手部動作
，實現自然的手勢控製；在VR應用上

，IMU還可以用於實時模擬重力、物體運動和物理互動。

圖9：Intel RealSense 係列對比

（圖源：Intel）

在Intel RealSense的多款型號中


，更是直接在相機內部集成了IMU單元。如果想要在係統中添加更多的動作識別和肢體跟蹤的功能
，還可以再多集成一個三軸加速度計。在此我們推薦來自NXP Semiconductors的一款低功耗12位數字加速度計
，具體型號為“FXLS8967AFR3”，可以直接在貿澤電子搜索了解更多詳情。

結語

隨著AR/VR技術在工業應用上的普及
，以及與工業互聯網、智能製造和數字孿生等技術的深度融合，工業製造將會迎來新一輪的生產效率提升。在不遠的未來，工業元宇宙或將成為現實。

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