多人AR大勢所趨！技術大牛深度解析ARCORE 1.2

文/ VR陀螺 白告文

在今年的Google I/O大會上，Daydream產品經理Nathan Martz 公布了最新的AR軟體開發套件ARCore新版本ARCore 1.2，該版本帶來了三大重要功能——Cloud Anchors、Augmented Images、SDK Sceneform。

Cloud Anchors功能，允許多用戶通過網路連接共享的增強現實（AR）空間，實現多用戶的AR體驗。

Augmented Images類似於以前的AR掃描和QR碼，但之前只能平面識別，此次新增了垂直平面識別，能更準確識別不規則物體表面。例如現在可以識別產品垂直包裝面，以AR的方式呈現出包裝內的產品。

全新的SDK Sceneform是一個旨在幫助Java開發者快速創建AR場景的新版SDK，無需處理整個3D開發堆棧。

ARCore 1.2 最大的更新是Cloud Anchors功能，除了多用戶共享AR體驗外，還有一個重要的點是，支持跨設備共享AR體驗， Android和iOS用戶都能通過Cloud Anchors獲得多用戶AR體驗。

本文將從Cloud Anchors 多用戶AR體驗的實現原理、功能缺陷以及應用場景方面進行深入的探討。VR陀螺請到了網易AR遊戲《悠夢》的開發者應新港、Directive games的聯合創始人張竹雲、視+AR高級演算法工程師王強對Cloud Anchors進行深度解讀。

Cloud Anchors如何實現多用戶共享同一個AR場景？

「這個功能其實是一個Cloud Anchors概念，anchor本身對於ARCore是一個非常重要的概念，」 視+AR王強表示，「ARCore中通過AR往現實中放置一個交互虛擬物體，需要通過Anchor指定其空間位置，只不過這個anchor以前是不能夠多人共享的。」

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什麼是Anchors？虛擬物體在現實世界中的固定位置就是Anchors，有了這個錨點，虛擬物體就不會發生偏移，可以很好的貼合在現實環境中。要形成一個Anchors，首先需要一個SLAM系統提供相機的位置，通過相機掃描現實位置放置虛擬物體，虛擬物體的位置就會形成一個anchors，它包括了一個物理位置和一堆視覺特徵。

王強補充道：「正因為有Anchors這個概念的存在，所以現在所謂的雲Anchors 就很好理解了，用戶A首先將本地anchor和anchor周圍局部的視覺信息（比如特徵點、線等），上傳到雲端，雲端通過處理並生成三維點雲信息，生成cloud anchors，同時返回其對應的ID，該ID可以共享給其他用戶。其他用戶（例如用戶B，C等）通過該ID訪問已有的cloud anchors，ARCore將本地的視覺信息上傳到雲端伺服器，雲端伺服器嘗試將接收的視覺信息與雲端cloud anchor對應的的三維點雲進行對齊，從而將多個用戶的位置和姿態統一到同一坐標系下。」

Directive games張竹雲對Cloud Anchors的原理分析和王強大致相同，「谷歌在ARCore 1.2的更新中加入了所謂多人模式的概念，這個機能是通過「雲錨定」（Cloud anchor）來實現的。簡單來說，ARcore將捕捉到用於進行運動追蹤的特徵點，上傳並儲存到雲錨定的服務介質上，對比同一場景下不同用戶各自的特徵點，系統就可以把內容物體在不同的設備上渲染到空間中相同的位置。」

網易AR遊戲應新港則認為：「它應該是通過特徵點的共享（還沒接入不太敢確定），然後再逐漸談到應用場景，就是它可以實現將虛擬場景的方位與朝向在多台機子上統一，這樣很多多人遊戲都可以做了。」

Cloud Anchors如何兼容iOS，為什麼要兼容iOS？

張竹雲分析其原理和安卓設備之間的AR數據交換是相同的，谷歌提供給iOS一套相應的Cloud anchor API，允許iOS 應用將對應的特徵點數據上傳到雲端以分享至其他的設備。

王強的分析也有一定的共同點，他認為谷歌通過針對ARKit做對應的上層封裝，對於開發者來說可以避免跨平台的開發帶來的問題。由於ARCore在推出之時，功能和介面設計就與ARKit非常類似，因此 ARCore可以相對容易的提供一套封裝和介面，從而同時兼容兩個系統。

Cloud Anchor 能實現多用戶AR交互是讓人興奮的，它還能夠兼容iOS是令人驚訝的，但不算意外。

王強補充說道，「雖然此次I/O大會谷歌強調ARCore已經支持1億台以上的安卓設備，但考慮到市面上安卓設備數量，實際上它的普及速度是偏慢的。目前支持ARCore的機型基本只有少數幾個品牌的旗艦級的手機，因此對於AR的用戶普及來說，安卓比蘋果要低很多的。當谷歌表示Cloud Anchors兼容ARKit的時候大家表示驚訝，但考慮到蘋果的AR用戶的龐大數量，對於多人AR體驗來說，通過上層兼容ARKit也是非常合理的。」

Cloud Anchors可以應用到什麼場景？

張竹雲、王強、應新港一致認為，多人遊戲娛樂和多人協作行業應用是Cloud Anchors 的方向。

當初蘋果剛推出AR功能的時候，很多人都認為AR會很快的普及到大部分的用戶，因為蘋果本身也有軟硬體的優勢，但最後結果是否定的。由於目前的AR體驗並沒有足夠的元素吸引用戶長時間使用，一方面是缺少碰撞和遮擋，缺少真實感，另一方面是缺少社交元素，用戶之間沒有交流，沒有分享渠道，更不能共同參與AR體驗，而Cloud Anchors則剛好能解決這個問題。

張竹雲對此表示，「多人共享的AR空間可以說是AR未來發展至關重要的功能，只有當AR可以在人和人之間進行分享的時候，他才會真正成為日常生活中主流的，必不可少的工具。出於這個思路，可以說它的應用場景是非常廣泛的，從多人協作的行業應用到交互娛樂遊戲，都是它的用武之地。」

王強則認為：「互聯網爆款大多都涉及社交元素。有了多用戶交互之後，遊戲、娛樂、工業、教育等各個行業都可以加入多人、社交AR的功能。AR未來的趨勢肯定是朝著持久的，多用戶的，可以分享的沉浸感更強的AR體驗。」

「要實現AR MMO 前還有差距，一方面是參與人數，官方文檔雖然沒提及，但目前同一cloud anchors應該對同時共享的用戶人數會有限制。另一方面是要做到真正的AR MMO需要構建與現實環境1:1的AR地圖，只有ARCore的cloud anchors只能看做局部的小地圖，構建大範圍的、多人共享、可持久更新的AR地圖目前仍然是行業內的難點。」

Cloud Anchors目前會有什麼缺陷？

毫無疑問，Cloud Anchors對於開發者和用戶都是一個很重要的功能，該功能很有可能讓AR MMO遊戲成為現實，該功能也是AR社交的一個補充，但現在看來，該功能尚存在一些難點和缺陷需要解決。

地板和地毯會給特徵點的識別、追蹤帶來難度嗎？張竹雲認為：「缺少紋理的表面會給追蹤帶來困難，但實際上大多數地板和地毯都是有豐富細節的。」

光照、角度會影響特徵點的採集，進而影響多用戶交互體驗嗎？王強表示：「這是多用戶共享的一個最大的難點，就是怎麼得到不同用戶相對的位置和姿態信息。光照變化、用戶的觀察角度、距離變化都會對視覺匹配演算法的性能帶來影響。」

「利用cloud anchors建立與用戶圖像的匹配，對於室內場景來說比較簡單解決一些，室外場景下可能會需要面對白天到晚上這種光照變化更劇烈的挑戰。近年來室內不同角度、角度和位置的圖像匹配演算法已經有長足的進步。對於室外場景下，國內外很多AR相關的公司都在做這方面的解決方案，相信這個問題也會逐步得到解決。」目前ARCore的匹配是在伺服器端完成的，相對在本地實現無需過多考慮手機計算性能帶來的限制。」

多用戶數據上傳，有可能導致雲端伺服器壓力過大嗎？王強認為，「視覺計算它本身的計算量通常是非常大的，比如說特徵提取和計算特徵描述子。這個不僅對伺服器傳輸帶寬壓力大，對於演算法的壓力也很大。但谷歌之前在Tango的開發過程中，應該積累了大量的演算法相關經驗，在優化演算法速度和性能這方面相對比較有優勢。」

「但谷歌之前開發過Tango，在這方面應該有積累了大量的經驗，這方面應該比較有優勢，針對數據量做演算法的優化，另一方面，用戶與雲端的通信不一定需要傳輸圖像這種非常耗費帶寬的資源，可以在本地先進行特徵提取和描述子計算，然後只將描述子這種較小的東西上傳到雲端進行匹配，從而能減少訪問伺服器的壓力。」

用戶數據上傳到雲端，會不會導致數據外泄？對此王強認為問題不大，「其實谷歌也意識到這個問題，對於數據的傳輸、存儲、訪問都是有一些限制的。例如谷歌在ARCore文檔中提到，創建cloud anchors中上傳的原始視覺信息在7天後銷毀，用來與雲端匹配計算相對位置的視覺特徵描述子也不會在雲端存儲。」

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