超詳細(xì)！可能是最全面的AR設(shè)計科普文

從出師未捷的GoogleGlass到全球爆款的PokemonGo，AR在大眾視野中來來去去已經(jīng)不是什么新鮮概念了，而Apple今年發(fā)布的ARKit則讓筆者作為一個設(shè)計師有一丟丟小緊張和小興奮。一方面AR已經(jīng)廣泛地進(jìn)入消費(fèi)級市場，意味著設(shè)計師隨時可能被迫改變設(shè)計的方式與載體，但另一方面參與到這個可能重塑人類生活形態(tài)的科技變革中又何嘗不是一件超有樂趣的事情呢！正是懷抱著這樣復(fù)雜的心情，我嘗試了解AR和ARKit，力圖發(fā)掘它們對設(shè)計的影響。

目錄

• AR是什么?
• ARKit是什么?
• ARKit強(qiáng)在哪里？
• ARKit有什么成功案例？
• 設(shè)計參與AR研發(fā)的環(huán)節(jié)？
• AR體驗有哪些設(shè)計原則？

AR是什么？

維基百科對于AR的定義：增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)Augmented Reality，一種實時地計算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)。

更直觀的解釋就是：將現(xiàn)實世界與虛擬內(nèi)容融合的效果，幫助用戶們更快捷直觀地獲取信息。

AR的目標(biāo)是在屏幕上將虛擬世界套在現(xiàn)實世界上進(jìn)行互動。

AR是個很新鮮的概念嗎？對于我這樣的普羅大眾也許是，但是追本溯源，你會發(fā)現(xiàn)AR是一個已經(jīng)發(fā)展了50年的日益成熟的「老」概念。從最初實驗室中的概念原型，到各個領(lǐng)域的大眾研究，再到今天用戶手中量產(chǎn)的產(chǎn)品，回顧AR發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點，你也許會發(fā)現(xiàn)自己在生活中早已接觸過它了。

編者注：可能簡短的文字還不足以說明AR，這篇文章更全面→ 《入門手冊！五分鐘帶你快速了解AR》。

Part1 實驗室的誕生

世界上第一套增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)「達(dá)摩克利斯之劍」1968年就面世了，由計算機(jī)圖形學(xué)之父薩瑟蘭開發(fā)，受制于當(dāng)時計算機(jī)的處理能力，這套系統(tǒng)將顯示設(shè)備放置在用戶頭頂?shù)奶旎ò?，并通過連接桿和頭戴設(shè)備相連，能夠?qū)⒑唵尉€框圖轉(zhuǎn)換為3D效果的圖像。

Aaugmented Reality這一術(shù)語誕生于波音公司。研究員Tom Caudell與團(tuán)隊為波音公司開發(fā)頭戴式顯示系統(tǒng)，通過將數(shù)字化圖解疊加在電路板上幫助工程師組裝電路板上的復(fù)雜電線束。

美國空軍的VirtualFixtures虛擬幫助系統(tǒng)和哥大的KARMA機(jī)械師修理幫助系統(tǒng)及最早的增強(qiáng)現(xiàn)實原型。

1994年AR技術(shù)首次在藝術(shù)上得到實踐。藝術(shù)家Julie Martin設(shè)計了名為Dancing in Cyberspace的表演。舞者作為現(xiàn)實存在與投影到舞臺上的虛擬內(nèi)容交互。這出虛實共舞的好戲?qū)R概念闡述得極其到位。

PART2 廣泛的領(lǐng)域研究

我們看游泳比賽時，每個泳道會顯示出選手的名字、國旗以及排名的AR技術(shù)，在1998年的一次美國賽事直播中首次運(yùn)用。

1999年美國海軍開始使用戰(zhàn)場增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)。

2000年日本的加藤弘一研發(fā)了第一個增強(qiáng)現(xiàn)實SDK，為App應(yīng)用帶來了AR革命。

2009年羅伯特唐尼登上《Esquire》雜志，讀者將封面對準(zhǔn)筆記本的攝像頭時，上面的羅伯特唐尼就跳出來與你互動推廣自己的新電影。這也是是平面媒體與AR的「初戀」。

PART3 消費(fèi)者產(chǎn)品

2012谷歌啟動Project Glass增強(qiáng)現(xiàn)實現(xiàn)實眼鏡項目。GoogleGlass將智能手機(jī)的信息投射到用戶眼前，用戶還可以通過該設(shè)備直接通訊。兩年后Google Glass正式開放預(yù)購。

2015年，現(xiàn)象級 AR 手游《Pokémon GO》火遍全球，創(chuàng)下下載5億次的驚人紀(jì)錄。

2015年，微軟發(fā)布迄今體驗最好的AR頭顯設(shè)備 Hololens。

2016年，一家名為MagicLeap的AR創(chuàng)業(yè)公司獲得了將近8億美金的巨額融資，雖然它至今都沒售賣過任何產(chǎn)品！MagicLeap的技術(shù)能將計算機(jī)生成的圖像直接投射到人眼，最終在現(xiàn)實圖景中上疊加一個虛擬圖像。

ARKit是什么

AR經(jīng)歷了半個世紀(jì)的發(fā)展，但其對普通用戶生活形態(tài)的影響甚微，我們還是習(xí)慣與2維的屏幕交互。直到2017年的WWDC大會，蘋果在iOS 11中帶來了全新的增強(qiáng)現(xiàn)實組件ARKit，該應(yīng)用適用于iPhone和iPad平臺。

ARKit的發(fā)布讓使得iPhone一躍成為全球最大的AR平臺，AR成為了可以迅速在幾億終端上使用的消費(fèi)者級別產(chǎn)品。它不僅給開發(fā)者提供了非常好的開發(fā)平臺，也會加速基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)和內(nèi)容生產(chǎn)的進(jìn)度，從而推動整個行業(yè)的快速發(fā)展。

而技術(shù)勝利的號角往往是體驗設(shè)計的起點，從現(xiàn)在開始設(shè)計師將會廣泛的參與到這些虛擬現(xiàn)實的設(shè)計中來。

其實在ARKit沒發(fā)布之前，QQ與支付寶都有做過AR的場景應(yīng)用，那ARKit有什么性能亮點值得我們關(guān)注呢？主要有以下四個。

原深感攝像頭

iPhoneX的「劉?！怪杏幸粋€傳感器可以投射人眼不可見光，用以讀取用戶的臉部3D結(jié)構(gòu)，通過蘋果神經(jīng)引擎即時處理數(shù)據(jù)，建立人臉模型。這個功能實現(xiàn)了FaceID和可愛的Animoji。

其實3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)是比較通用的一種人臉識別技術(shù)，以前常用在電影行業(yè)，比如下圖彥祖在《魔獸》電影里面就是被捕捉后再在電腦中建模變成「古爾丹」的，但是第一次被運(yùn)用到手機(jī)這種便攜式終端上。

視覺慣性里程計

ARKit 使用視覺慣性里程計 (VIO) 以高精度地追蹤四周的環(huán)境并感測它在房間內(nèi)的移動。比如這個名為AR尺子的應(yīng)用，幫助你不用任何測量工具，僅僅是使用iPhone就可以測量物體的精準(zhǔn)尺寸。

場景理解和照明估計

ARKit 可以檢測桌子和地板等水平面，并能跟蹤及放置物品在特定點上。ARKit 還能利用相機(jī)傳感器來估計場景中可用光的總量，以此將正確的光亮度應(yīng)用在虛擬對象上。

高性能硬件和渲染優(yōu)化

快速進(jìn)行場景理解，在現(xiàn)實世界場景上構(gòu)建出精細(xì)迷人的虛擬內(nèi)容。 對 Metal，SceneKit 以及 Unity 和 Unreal Engine (虛幻引擎) 等第三方工具中的 ARKit 優(yōu)化加以利用。

ARKit有哪些成功案例？

環(huán)境設(shè)計與家裝 / IKEA

不知道你在宜家購物時有沒有遇到這樣的情況：你看到了自己喜歡的家具，但你不知道尺寸放在家里是否合適；有時候你量好了尺寸，但面對玲瑯滿目的商品，你不清楚這些家具放在家中會是什么效果。宜家在ARKit發(fā)布后推出了一款A(yù)R應(yīng)用，解決了這些問題。

AR在環(huán)境設(shè)計、家裝領(lǐng)域一直走在前列，因為本身這兩個領(lǐng)域就需要設(shè)計師和消費(fèi)者不斷的去構(gòu)建虛擬空間以完成用戶的想象，AR恰恰以低成本的方式將其實現(xiàn)，即使你是一個空間想象力極差的用戶！

教育與醫(yī)療 / 人類解剖學(xué)圖譜

人類解刨學(xué)圖譜是一款專為醫(yī)學(xué)學(xué)生開發(fā)的解剖App，在最新的版本里它增加了AR模式，學(xué)生們可以把1:1的人體模型放置在手術(shù)桌上深入觀察。對于教育與醫(yī)療，AR都大有發(fā)揮的空間，想象一下有了AR以后，無論你是在一線城市，還是在小小的縣城，不同家境的孩子在課堂上都可以通過AR看到相同的臺風(fēng)地理沙盤，這不僅僅關(guān)乎教育的方式，更關(guān)乎教育的資源與公平。

游戲、藝術(shù)與創(chuàng)意 / 行尸走肉

美劇《行尸走肉》今年的營銷手段獨(dú)辟蹊徑，跟隨新一季發(fā)布的是一款A(yù)R喪尸游戲，粉絲們可以在大街小巷中躲避異次元的喪尸，拾取身邊的武器來反抗。

編者注：好玩的方式可不止一種。其實，世界各地的開發(fā)者們早就開始制作起形形色色的 demo了 ，幾乎每天都有看到上新→?《AR KIT有哪些玩法？來看這些超好玩的案例！》

設(shè)計參與AR研發(fā)的環(huán)節(jié)？

AR產(chǎn)品在工作時與現(xiàn)在的二維平面交互不同的地方：

• 多媒體捕捉現(xiàn)實圖像。
• 三維建模的3D立體模型。
• 傳感器追蹤：追蹤現(xiàn)實動態(tài)物體的六軸變化（X、Y、Z軸位移及旋轉(zhuǎn)）。位移三軸決定了物體的方位和大小，旋轉(zhuǎn)三軸決定物體顯示的區(qū)域。
• 坐標(biāo)的識別及轉(zhuǎn)換：3D模型顯示在現(xiàn)實圖像是一個復(fù)雜的三維矩陣坐標(biāo)。這個AR研發(fā)最難的部分因為有了ARKit也大大簡化了流程。
• 虛擬物體交互。

AR體驗有什么設(shè)計原則？

設(shè)計師在設(shè)計時設(shè)計原則起著提綱挈領(lǐng)的重要作用，針對AR體驗設(shè)計這種陌生的設(shè)計載體，蘋果也在iOS11的用戶體驗設(shè)計指南中進(jìn)行了闡述。我選取了最重要的幾個部分講述一下，若部分術(shù)語翻譯有誤或與常用使用規(guī)范有別請指出。

Part1 設(shè)計一個體驗

這部分是最重要的設(shè)計原則的概述，我將其整理為「新維度」「沉浸感」「安全性」三個方面。

1. 新維度NewLatitude

• 漸進(jìn)引導(dǎo)用戶的移動：如果你的產(chǎn)品需要用戶移動，應(yīng)該先讓用戶適應(yīng)AR體驗，然后再鼓勵他們運(yùn)動。
• 避免術(shù)語，提示融入情境：在一個物體旁邊提供一個視覺化的三維旋轉(zhuǎn)的標(biāo)志比提供文字要直觀。當(dāng)用戶對情境提示沒有反應(yīng)時可以再顯示文字。避免使用過于技術(shù)性的術(shù)語， 例如：ARKit、環(huán)境偵測、追蹤等。
• 避免AR體驗中斷：用戶每次進(jìn)入AR時都要重新分析環(huán)境、檢測平面，手機(jī)和相機(jī)的位置也無時無刻在改變。這會導(dǎo)致先前放置的物體被重新安置——它們或許無法再被放置在現(xiàn)實平面上。避免中斷的方法是讓人們在不離開AR的情況下去改變物體和放置情況，例如在使用宜家AR放置一把沙發(fā)時，不退出就可以選擇形式、材質(zhì)等。

2. 沉浸感Immersion

• 全屏顯示：讓真實世界的畫面和AR物體盡量占據(jù)整個屏幕，避免操作按鍵和其他信息切割屏幕，破壞沉浸感。
• 以假亂真的虛擬模型：設(shè)計有質(zhì)感、以假亂真的3D形象，在現(xiàn)實光照下能產(chǎn)生合理的陰影，移動相機(jī)物體能發(fā)生改變。
• 運(yùn)用聲音、觸覺反饋提升沉浸感：音效或者震動反饋可以創(chuàng)造一種虛擬物體與真實物體接觸或者碰撞的感覺。音效可以讓用戶快速進(jìn)入虛擬世界。

3. 安全性Security

• 安全第一：在有人或者物體的環(huán)境里大幅度的移動有可能造成危險，注意讓用戶安全地操作，避免大范圍或者突然地移動。
• 考慮用戶的生理舒適：很多用戶長時間使用3D產(chǎn)品會產(chǎn)生「3D暈?！梗欢ㄒ紤]到用戶使用你的產(chǎn)品的方式和時長是否會帶來不適。設(shè)計師可以通過減少游戲的級數(shù)或者在其中穿插休息時間來緩解用戶疲勞。
• 考慮物理世界的限制：用戶很可能在一個并不適合AR體驗的環(huán)境下體驗產(chǎn)品，例如他們可能在一個狹窄而沒有平面的區(qū)域。因此設(shè)計師應(yīng)考慮不同場景下設(shè)計不同的使用方式和功能，并且提前告知用戶使用方法。

Part2 當(dāng)用戶進(jìn)入AR應(yīng)用時

用戶每次進(jìn)入AR，都會有初始化評估環(huán)境的過程，這會花費(fèi)數(shù)秒時間。為了減少用戶的困惑以及加速進(jìn)程，應(yīng)該明確指示出這一過程并且鼓勵用戶探索他們的環(huán)境，積極尋找一個平面。

Part3 引導(dǎo)用戶放置虛擬物體

1. 幫助用戶理解何時定位平面并且安放物體

虛擬標(biāo)識是告知用戶平面定位模式。屏幕中間的梯形標(biāo)線可以提示用戶應(yīng)該尋找一個垂直的寬闊的平面。一旦這個平面被定位了，應(yīng)該更換標(biāo)識外形告訴用戶現(xiàn)在可以安置物體。設(shè)計虛擬標(biāo)識應(yīng)該被視為App體驗的一部分。

2. 快速回應(yīng)安置物體請求

平面?zhèn)蓽y過程中精確度是逐漸提高的，當(dāng)用戶放置物體時應(yīng)該使用當(dāng)前已獲得的信息立刻回應(yīng)，然后再優(yōu)化物體的位置。如果物體超出了偵測到的平面范圍，直接將其拉拽回來。不要將其無限靠近偵測到的平面的邊緣，因為這個邊緣并不是穩(wěn)定的。

PART4 與虛擬物體交互

1. 直接操作

最為直觀的交互方式是讓用戶直接觸碰屏幕上的物體與之互動，而不是讓用戶去操作一個與物體分離的控制按鈕。但是要注意當(dāng)用戶在移動的時候，這種直接的操作方式可能引發(fā)混亂。

2. 交互應(yīng)盡量簡單

觸碰手勢是二維的，但是AR體驗是建立在三維的真實世界中的?？梢钥紤]以下的方式來簡化用戶與虛擬物體的交互。

3. 探索更多吸引人的交互方式

手勢不是與虛擬物體交互的唯一方式。你可以運(yùn)用更多交互形式，如運(yùn)動、逼近、表情等。比如當(dāng)用戶靠近一個角色時，它可以回頭與用戶對望。

拓展閱讀

蘋果的ARKit給設(shè)計師的想象力新的動能，其實還有很多好玩的平臺與產(chǎn)品我們可以關(guān)注，比如Google為Android系統(tǒng)研發(fā)的ARCore、微軟的AR頭顯設(shè)備Hololens及其獨(dú)有的有趣的手勢、AR創(chuàng)業(yè)獨(dú)角獸MgicLeap充滿驚奇創(chuàng)意的概念設(shè)計······拋磚引玉，希望有興趣的同學(xué)在AR領(lǐng)域引爆更多創(chuàng)意。

資料來源（部分來源缺失出處，請不吝指教）

• Human Interface Guidelines iOS
• 「增強(qiáng)現(xiàn)實」AR 的簡要發(fā)展歷史
• The History of Augmented Reality (Infographic)By Dennis Williams II

「設(shè)計AR應(yīng)用之前，先看看這些」

• 《中文版來了！超實用的蘋果AR人機(jī)界面設(shè)計指南》
• 《設(shè)計AR類產(chǎn)品，你至少要考慮清楚下面的6個問題》
• 《想做AR類的APP？那么你應(yīng)該從這三個關(guān)鍵點著手》

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