图1，出自连线杂志（Wired）
图1中，最上面是虚拟现实（Virtual Reality, VR），用户完全置身在另一个世界；中间是增强现实，在用户看到的真实世界之上叠加数字信息；最下面是混合现实（Mixed Reality, MR），属于增强现实的分支，虚拟物体被整合到真实世界中，并可与之互动。Magic Leap提出了MR的概念，因其技术可以让人眼无法区分虚拟物体与现实物体，这与其它AR设备都不同。
增强现实也是人工智能（Artificial Intelligence / Augmented Intelligence）的一个分支，其技术实现的重要部分是让计算机理解和重构三维世界，这涉及计算机视觉和深度学习等，对算法的要求高于虚拟现实。
图2，出自莫尼塔研究
图2是增强现实的实现环节，通过摄像头等获取真实世界的数据，结合传感器进行跟踪定位和交互，进而通过显示设备生成虚拟场景，最后叠加到现实场景中。目前的技术难点集中在显示技术和SLAM算法上。SLAM代表同步定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping, SLAM），在这方面，HoloLens、Magic Leap及更多设备的技术路线基本一样。
头戴式设备（Head Mount Display, HMD）显示三维图像的技术方案分两种，以HoloLens为代表的“立体”（Stereoscopic）和以Magic Leap为代表的光场（Light Field）。
单从视觉上，影响或决定显示设备提供的AR体验的参数至少包括：帧率（Frame Rate）、分辨率（Resolution）、像素间距（Pixel Pitch）、视场角（Field of View, FOV），以及景深（Depth of Field, DOF）效果。
图3，出自莫尼塔研究
图4，出自莫尼塔研究
“立体”显示技术的成像原理相对简单。图3是微软HoloLens的拆解图，图4描述了其显示原理。HoloLens采用光导透明全息透镜（See-Through Holographic Lenses (Waveguides)），由微型投影仪（Micro Display）通过硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon, LCoS）将虚拟的内容投射到光导透明全息透镜上，同时让真实世界的光也透进来。“立体”技术的主要问题是视场角受限和长时间佩戴设备的眩晕感。
其中，眩晕感主要由“立体”技术不支持自主选择聚焦，无法实现景深效果导致；而视场角受限的主要原因，一是镜片制造工艺的限制，二是硅基液晶投影在像素密度方面的限制。
人类视觉系统的视场角大约是水平200°，垂直130°，如果采用光导透明全息透镜，就需要很大的镜片，而镜片面积越大，成本越高、良率越低，HoloLens目前镜片的面积只支持40°视场角。另外，现有的镜片都很厚，为了产品的实用和美观，很多公司正在研究如何让镜片变薄。
图5，出自VRWiki: Projection device
另一种“光场”显示技术，原理要复杂得多。图5是Magic Leap的设备可能使用的名为扫描光纤投影仪（Scanning Fiber Projector）的装置，直径约为1毫米，长约9毫米，通过使光纤的尖端在轴的两侧来回震动，扫描已调制光来创建图像；扫描过程中，耦合的光进入单模光纤的相反端，并且被转接至光纤的尖端。光纤扫描显示使“光场”技术方案在帧率、分辨率、像素间距、视场角，4个性能参数上有可能优于“立体”技术方案。
图6，出自文章How Magic Leap Works - From Field of View to GPU
图6是Magic Leap的设备中名为光子光场芯片（Photonic Lightfield Chip）的装置，它实现了景深效果。多个衍射光学元件（Diffractive Optical Element, DOE）被堆叠起来，不同DOEs的层的组合产生不同的焦平面，通过开启和关闭不同的层，可以改变光到达人眼的路径，使人眼在看图像时可以自由选择焦点。
图7，出自莫尼塔研究
图7中，AR产业被分为硬件和软件两部分，软件部分又分基础软件和应用软件。以前的文章中总结的AR技术的应用场景与案例，大部分属于图7中的应用软件部分，也有很多提供基础软件SDK；而HMD整机和零部件的提供商是增强现实技术得以实现各种应用场景，并改造各个行业的基础，尤其值得重视。
莫尼塔的研究报告认为，AR产业链是研发主导型的，拥有基础软硬件市场份额优势及技术标准制定权的公司最有可能成为主角，这个领域不排除有诞生下一个苹果或微软的可能。
图8，出自莫尼塔研究
如图8，已经在增强现实硬件方面进行投入的代表公司包括微软、谷歌、三星、IBM、高通、索尼、英特尔等；莫尼塔公司的报告认为，这些巨头的研发方向将主导增强现实产业的发展，初创团队和高校实验室的研发能力与成果同样需要关注。其中，微软和谷歌在机器学习领域有深厚积累，因而在识别、跟踪、建模等增强现实底层技术方面可能最具优势。
微软HoloLens被认为是配备市面上最佳性能元件与技术的头戴式设备，运行Windows系统，可以依托现有Windows应用和用户群，在增强现实消费级市场打造新生态。体验者的评价认定其在分辨率、识别准确度、Holographic系统完成度等方面都达到了既定预期，缺陷则包括视场较窄、场景切换延迟、凝视时头部舒适度差、存在重启现象、续航能力不够。
Magic Leap的技术方案理论上可以解决眩晕感等问题，可能给整个行业带来质的飞跃，市场关注度非常高。谷歌看到了基于Magic Leap搭建完整、独立、全新的交互系统的可能性，通过AR技术来升级软件体验，并进行人工智能等未来科技的布局。
2014年3月，Facebook收购Oculus，引起了全世界投资机构对VR和AR的关注；这个领域的投资额从2015年开始飞跃式增长；2016年2月，阿里巴巴以45亿美元投后估值领投了Magic Leap的C轮融资，成为国内资本投资增强现实技术公司的代表。
图表是国内投资机构和产业资本在AR领域的投资事件。
图9，出自专利之星，莫尼塔研究
图9中的数据出自专利之星，是截至2016年5月，增强现实领域多个公司的专利申请数量；排名前5的依次是微软（Microsoft）、高通（Qualcomm）、三星（Samsung）、Magic Leap和索尼（SONY）；华为（Huawei）在增强现实专利申请排名中暂居第14位。
除了家喻户晓的Pokémon Go手游，我们在以前的文章中总结过增强现实在12个场景下的17个应用案例，这些场景包括位置服务、同步翻译、社交、运动、驾驶、手术、军事、购物、游戏、工程、家庭服务、综合应用；这些应用案例的共同点是，都通过增强对现实环境的感知，让用户在现实环境中控制虚拟物体，或在虚拟环境中控制现实物体。由此，可能被AR技术改造的行业至少包括零售、医疗、教育、游戏、工程、军事，这6个行业。
以高盛和Digi-Capital为代表的多家研究机构都认为头戴式设备将成为新的通用计算平台，取代智能手机和PC；同时认为，增强现实的应用场景比虚拟现实更丰富。由此，AR产品总体将占有更多的用户时间，获得更丰富的用户数据；增强现实技术公司的市场总收入可能远超过虚拟现实技术公司。
图10，出自Digi-Capital
如图10，Digi-Capital认为，截止2020年，硬件销售将是增强现实和虚拟现实公司最主要的收入来源，连同电子商务和广告，这3种商业模式的公司或业务将占据超过2/3的未来市场总收入。
参考文献：
[1] Wired: The Untold Story of Magic Leap, the World’s Most Secretive Startup
[2] 莫尼塔：AR 产业演进速度研究
[3] Magic Leap Patent: Planar waveguide apparatus with diffraction element(s) and system employing same
[4] 分析文章How Magic Leap Works - From Field of View to GPU
[5] VRWiki: Projection device
[6] 论文Near-to-Eye Display using Scanning Fiber Display Engine
[7] Magic Leap Patent: Ultra-high resolution scanning fiber display
[8] 专利之星检索系统
[9] Goldman Sachs Research: Virtual and Augmented Reality Report
[10] Digi-Capital: The reality of AR/VR business models
