واقعیت افزوده، فناوری است که در آن اشیاء مجازی در یک محیط واقعی و در کنار سایر اشیاء واقعی قرار میگیرند .این فناوری به ما کمک میکند با تلفیق رایانش، فناوری نمایش با محیط واقعی، درک بهتری از پدیده ها داشته باشیم.

واقعیت افزوده یکی از فناوریهای جالب در دهه اخیر است که به ویژه در دستگاههای سیار نمود پیداکرده است.با توسعه فناوری، استفاده از آن در حوزههای مختلف فراگیر شده است و از طرفی طبق پیش بینی ها در سال ۲۰۱۸ بیش از ۲۰۰ میلیون نفر از برنامه های واقعیت افزوده استفاده خواهند کرد.یک سامانه باید ویژگیهایی نظیر زیر داشته باشد که بتوان به آن واقعیت افزوده گفت:

ترکیب یا تلفیق: باید ترکیب محیط واقعی و شئ مجازی تولیدشده به وسیله رایانه را به صورت آمیخته در کنار هم داشته باشیم، برای این کار باید از نمایشگرهای خاصی استفاده نمود که قادر به این کار باشند، زیرا نمایشگرهای معمولی تنها قادر به نمایش تصاویر مجازی به وسیله رایانه هستند.

تثبیت تطبیق در سه بعد:در واقعیت افزوده یک همبستگی منطقی بین اشیاء واقعی و مجازی بر اساس رابطه ی هندسی آنها مطرح است که امکان قرار گرفتن اشیاء مجازی در مکان مناسب نسبت به اشیاء واقعی به صورت سه بعدی را فراهم میکند.

تعامل بلادرنگ: کاربر باید بتواند با اشیاء سه بعدی تولیدشده ارتباط بلادرنگ برقرار کند و شئ مجازی نیز در اثر حرکات کاربر بهصورت بلادرنگ تغییر وضعیت دهد. برای مثال کاربر بتواند درب خودروی مجازی را باز کند و درب نیز باید حالت باز شدن را به خود بگیرد.

بر طبق تحقیقات تعاریف ابتدایی و واضحی از واقعیت افزوده را ارائه میدهند . بر طبق این تحقیقات واقعیت افزوده را میتوان به این صورت تعریف کرد: “واقعیت افزوده ترکیبی از یک دید از واقعیت با محتوای مجازی است که در زمان آنی تعامالت و مشاهدات با دنیای واقعی را بهبود بخشد”. در این تعریف منظور از محتوای مجازی،مطالعاتی است که به صورت مجازی نمایش داده میشود. در رابطه با کارایی صحیح سیستمهای واقعیت افزوده دو مسئله ی مهم را باید در نظر گرفت:گرفتن موقعیت و سو – تطبیق کردن واقعیت با محتوای مجازی. این دو مسئله را به ترتیب به عنوان ردیابی و ثبت در نظر میگیریم.

• ردیابی

در ردیابی هدف اندازه گیری موقعیت و سو دستگاه و یا کاربر است. به منظور اینکه برنامه های واقعیت افزوده به درستی کار کنند، این فرآیند نیاز است با دقت و تا جایی که ممکن است در زمان آنی انجام شود.

• تثبیت

در این مرحله، نگهداری واقعیت و تطبیق محتوای مجازی به آن است. دقت فرآیند ثبت وابسته به دقت فرآیند ردیابی است.

انواع سیستمهای واقعیت افزوده

در این تحقیق سیستمهای واقعیت افزوده را صرفنظر از سخت افزار مورداستفاده، از جهت نوع پیادهسازی سیستم و روش ردیابی به صورت زیر دسته بندی میکنیم.

نوع پیاده سازی

برنامه های واقعیت افزوده ازلحاظ پیاده سازی به سه دسته ی نشانه دار، بدون نشانه و مبتنی بر مدل دسته بندی شده که در ادامه به تشریح هر یک از آنها پرداخته میشود.

• نشانه دار

اولین برنامه های واقعیت افزوده مانند دو برنامه ی ARTOOLKITوstudier stube از نشانه های خاص هستند که در میدان دید برنامه بعنوان نقاط منبع شناخته میشوند

• بدون نشانه

ردیابی بدون نشانه به صورت دو تکنیک بر اساس حسگرها و تطبیق الگو توسعه داده شده است. در روش مبتنی بر حسگر وقتیکه دوربین و صفحه ی نمایش در دستگاه تلفن در حال تغییر و دستگاه در حال حرکت است استفاده میشود و محیط را به صورت ثابت مشاهده میکند درحالیکه در تطبیق الگو، از الگوهایی در یک تصویر منظم برای تشخیص موقعیت و سو دربرگیرنده ی تصویر استفاده میشود.

مبتنی بر حسگر

با به دست آوردن موقعیت و جهت کاربر یا دستگاه از طریق اندازه گیریها، سیستم میتواند میدان دید را تعیین کند.

پارامترهای مورداستفاده در مبتنی بر حسگر

به منظور استفاده از تکنیک مبتنی بر حسگر، چهار پارامتر موردنیاز است: موقعیت -سو دستگاه- تیلت -چرخش.

این پارامترها میتوانند به ترتیب با استفاده از یک تکنیک موقعیت یابی، یک قطب نمای دیجیتال، و یک حسگر چرخشی محاسبه شوند. مزیت این روش در این است که محیط با نشانه ها و الگوها تلفیق نمیشود و همچنین مستقل از محیط است و دستگاه باید  قادر به جمع آوری داده ی حسگرها از هر یک از حسگرهای داخلی و خارجی باشد.

تطبیق الگو

رویکرد تطبیق الگو مشابه با رویکرد ردیابی نشانه دار است، اما نشانه ها با الگوهای منظم در تصاویر جایگزین میشود. از این روش بیشتر در برنامه های تجاری برای اضافه کردن رسانه های سنتی، مانند مجله، آگهی و غیره به محیط استفاده میشود.

• مبتنی بر مدل

این نوع از واقعیت افزوده بر اساس تشخیص اشیا سه بعدی که از قبل شناخته شده است، کار میکند. به این صورت که از قبل یک مدل سه بعدی از یک شئ خاص ساخته شده و به سیستم معرفی میشود و سیستم تنها زمانی قادر به تشخیص وضعیت دوربین و عمق تصویر خواهد بود که آن مدل از قبل شناخته شده را مشاهده کند. در برخی تحقیقات  واقعیت افزوده مبتنی بر مدل را جز سیستمهای بدون نشانگر طبقه بندی میکنند. این نوع از واقعیت افزوده جدیدتر و ناشناخته تر از انواع قبلی است به همین دلیل در بسیاری از تحقیقات انواع واقعیت افزوده را تنها در دودسته ی بدون نشانگر و با نشانگر تقسیم میکنند.

• مبتنی بر مکان

در این روش مکان کاربر با بهکارگیری یکی از شیوههای ردیابی وضعیت به دست میآید. بسته به مکان استفاده که در داخل و یا خارج از ساختمان باشد، روش انتخابی برای ردیابی متفاوت میشود. در فضای باز میتوان از GPS جهت ردیابی استفاده کرد و در فضای بسته به دلیل ضعیف شدن سیگنالهای GPS از روشهای دیگری برای ردیابی استفاده میشود.[۲۲] برخی از محققان روش ردیابی مبتنی بر مکان را در دستهی ردیابی با استفاده از حسگرها قرار میدهند.

مبتنی بر بینایی

بر طبق گفته ی zhou و همکارانش، تحقیقات حوزه ی ردیابی به طور عمده بر روی روشهای مبتنی بر بینایی قرار دارند. در این روش تصاویر و یا ویدیو به صورت متوالی در دوربین تلفن همراه ساخته میشود و با استفاده از الگوریتمهای پردازش تصویر برای ردیابی استفاده میگردد.

چندین برنامه ی واقعیت افزوده با استفاده از این روش ردیابی پیاده سازی شده اند اما هرکدام از آنها محدودیتهایی را در برنامه اعمال کرده اند تا سیستم بتواند به طور صحیح و سریع کار کند. ازجمله اینکه نرم افزار را به محیط داخلی ساختمان محدود کرده اند تا کنترل بیشتری بر روی آن باشد.

مبتنی برداده ی حسگرها

بسیاری از برنامه های واقعیت افزوده از حسگرهای موجود بر روی دستگاههای تلفن هوشمند برای ردیابی استفاده میکنند. حسگرهای قطب نما، شتاب سنج، GPS و

… با توجه به راحتی در استفاده و در ادغام با یکدیگر کمک بسیار زیادی به ردیابی صحیح در سیستمهای واقعیت افزوده میکنند.اما در اکثر تحقیقات فقط به استفاده از داده های حسگرها اکتفا نشده و اغلب با روشهای دیگر به کار گرفته میشود که در این صورت در دسته ی روش های ترکیبی قرار میگیرد.