AR增强现实系统中，摄像机是其中非常重要的部分，光学跟踪正是用到摄像机这个设备。具体原因我们前文也讲到过，体积小、价格低、像素高。

摄像机可以轻松拍出百万千万级别的像素点，摄像机内部的感光芯片也会记录这些像素点的光强度，然后把图像用计算机视觉技术分析，获取相关信息。

在光学跟踪中，我们最需要获取的信息就是物体的位姿，即位置姿态。也就是在真实世界中的一个物体，相对于摄像机的位姿。确定了这个信息，AR才能了解周围的环境，并向使用者提供后续服务。

标志点跟踪和ARToolKit

上一篇文章中，我们简单介绍了标志点跟踪的方法，因为这种方法很方便且应用广泛，所以又重复提及。

今天会介绍一个开发者常用的开源软件以及其原理。这款工具叫ARToolKit，它甚至比AR眼镜设备要早很多就普及开来。

采用一种黑白色的标识卡，即使是早期的性能一般的摄像机也可以很容易识别到。简单且容易使用，这也是能够让众多开发者喜爱并广泛使用的原因吧。

标志点跟踪的原理是：首先摄像机拍摄一幅图像，然后在图像中搜索是否有四边形的检测点，找到之后通过数学运算计算出位置和方向，然后将模型渲染到图像中标记点的位置，最后输出出来，就是我们看到的增强现实的效果。

如果是摄像机拍摄的视频，传送给计算机后，通过软件程序监控视频流中的每一帧图像，目的是找到其中有标记的图像帧。找到之后，ARToolKit将根据摄像头的位置调整模型的位姿，把模型渲染到标记点的位置，最终输出一个带有增强现实效果的视频。

通过标志卡识别进行增强现实渲染 | 图源网络

对于开发AR的程序员来说，把虚拟模型增加到真实图像上不难，难的是增加到合适的位置上，专业术语叫做注册标定对齐。否则体验者就会觉得很假，不协调。ARToolKit可以让你轻松实现标记跟踪，快速开发出有趣的AR程序。

ARToolKit同时支持视频透视式(Video See-Through)和光学透视式(Option See-Through)。Video See-Through AR 是指将虚拟图像覆盖到实时视频，常见于手机端。Option See-Through AR有着更加复杂的视频标准和注册要求，常见于AR眼镜。

多摄像机跟踪

标志点跟踪的弊端就是不具备普遍性，很明显标识卡只是二维平面的，真实世界需要更加通用的三维标识，因此也需要更多的摄像机才能覆盖到，至少需要两台。

Oculus Rift VR设备就是采用多摄像机红外跟踪的方法。头盔设备上有一些红外灯是标识点，这些灯往外发射红外光，并且用两台红外摄像机实时拍摄，从而确定外红灯的位置，也就是佩戴VR头盔的使用者位置。

头盔上的红外灯 | 图源网络