واقعیت افزوده یا Augmented Reality یا مخفف آن اِی‌آر «AR» یک نمای فیزیکی زنده، مستقیم یا غیرمستقیم (و معمولاً در تعامل با کاربر) است، که عناصری را بر پیرامون دنیای واقعی افراد اضافه می‌کند. این عناصر بر اساس تولیدات کامپیوتری که از طریق دریافت و پردازش اطلاعات کاربر توسط حسگرهای ورودی مانند صدا، ویدئو، تصاویر گرافیکی یا داده‌های جی‌پی‌اس می‌باشد، ایجاد می‌شود. واقعیت رایانه‌ای مفهوم کلی واقعیت افزوده‌است. در واقعیت افزوده معمولاً چیزی کم نمی‌شود بلکه فقط اضافه می‌شود. همچنین واقعیت افزوده تا حدودی شبیه به واقعیت مجازی است که توسط یک شبیه‌ساز، دنیای واقعی را کاملاً شبیه‌سازی می‌کند. در واقع وجه تمایز بین واقعیت مجازی و واقعیت افزوده این است که در واقعیت مجازی کلیهٔ عناصر درک شده توسط کاربر، ساخته شده توسط رایانه هستند. اما در واقعیت افزوده بخشی از اطلاعاتی را که کاربر درک می‌کند، در دنیای واقعی وجود دارند و بخشی توسط رایانه ساخته شده‌اند. در واقعیت افزوده، عناصر معمولاً به صورت بی‌درنگ نگاشته شده و به‌طور هوشمند مرتبط با عناصر محیطی می‌باشند. مانند نمایش امتیاز مسابقات ورزشی در زمان پخش از تلویزیون. با کمک فناوری پیشرفتهٔ واقعیت افزوده (برای مثال افزودن قابلیت بینایی کامپیوتری و تشخیص اشیاء) می‌توان اطلاعات مرتبط با دنیای واقعی پیرامون کاربر را به صورت تعاملی و دیجیتالی به او ارائه کرد. همچنین می‌توان اطلاعات مرتبط با محیط و اشیاء اطراف را بر روی دنیای واقعی نگاشت. ایده اولیه واقعیت افزوده اولین بار در سال ۱۹۹۰ توسط توماس کادل کارمند بوئینگ مطرح شد.

واقعیت رایانه‌ای :

فناوری واقعیّت رایانه‌ای یا Computer-mediated reality اشاره به توانایی برای اضافه کردن یا کم کردن اطلاعات یا در غیر این صورت دست‌کاری ادراک فرد از واقعیت از طریق استفاده از رایانه‌های پوشیدنی یا دستگاه دستی دارد. به عنوان مثالی از این فناوری می‌توان به EyeTap، (دوربینی به شکل عینک که می‌تواند تصاویری مجاری را به تصاویر واقعی قابل مشاهده اضافه کند یا فیلم‌برداری کند.) اشاره کرد که مانند یک فیلتر بین واقعیّت و ادراک کاربر از واقعیّت استفاده می‌کند.

واقعیت رایانه ای, مجازی و افزوده :

این سه حوزه به‌طور کلی خیلی نزدیک بهم هستند و حتی زمان‌هایی به جای هم به اشتباه به کار می روند. در واقع واقعیت رایانه‌ای حوزه ی اصلی و مادر است و واقعیت افزونه یک زیر حوزه از آن و واقعیت مجازی یک زیر حوزه از واقعیت افزونه است. وجه تمایز بین واقعیت مجازی و واقعیت رایانه‌ای و افزوده این است که در واقعیت مجازی کلیهٔ عناصر درک شده توسط کاربر را رایانه می سازد. اما در واقعیت افزوده و رایانه‌ای بخشی از اطلاعاتی را که کاربر درک می‌کند، در دنیای واقعی وجود دارند و بخشی توسط کامپیوتر ساخته شده‌اند. در واقعیت افزوده معمولاً چیزی کم نمی‌شود بلکه فقط اضافه می‌شود. همچنین واقعیت افزوده تا حدودی شبیه به واقعیت رایانه‌ای است و تفاوت آن با واقعیت رایانه‌ای می‌توان گفت این است که توسط یک شبیه ساز، دنیای واقعی را تاحد زیادی و نه کامل, شبیه‌سازی می‌کند. 

انواع مدل‌های پیاده‌سازی واقعیت افزوده

در اینجا انواع مدل‌های پیاده‌سازی واقعیت افزوده بیان می‌شود:
مبتنی بر نشانگر : واقعیت افزوده مبتنی بر نشانگر (Marker Based) (تشخیص تصویر) از یک دوربین و نوعی نشانگر بصری مانند تصویر دوبعدی یا کد QR استفاده می‌کند و هنگامی که یک نشانگر در دنیای فیزیکی توسط یک برنامه واقعیت افزوده شناخته می‌شود، محتوای سه بعدی در بالای آن قرار می‌گیرد. الگوهای ساده مانند کد QR به‌عنوان نشانگر استفاده می‌شود، زیرا آن‌ها می‌توانند به راحتی شناسایی و نیازی به پردازش زیاد برای شناخته شدن ندارند. در ضمن موقعیت و جهت نیز محاسبه و برخی از انواع محتوا یا اطلاعات مربوط به نشانگر را نشان می‌دهد. واقعیت افزوده مبتنی بر نشانگر معمولاً برای اهداف بازاریابی و خرده‌فروشی استفاده می‌شود. در واقع این نوع واقعیت افزوده بر مبنای نمایش تصاویر، مدل سه‌بعدی و ویدئو روی یک هدف دوبعدی یا کارت ویزیت را شامل می‌شود.

بدون نشانگر :

واقعیت افزوده بدون نشانگر (Markerless) متنوع‌تر از واقعیت افزوده نشانگر است زیرا به کاربر اجازه می‌دهد تصمیم بگیرد که شیء مجازی را در کجا قرار دهد. در واقع شما می‌توانید سبک‌ها و مکان‌های مختلف را به‌طور کاملاً دیجیتالی امتحان کنید؛ بدون اینکه نیازی به جابجایی در محیط اطراف خود داشته باشید. واقعیت افزوده بدون نشانگر به سخت‌افزار دستگاه ازجمله دوربین، GPS، قطب‌نمای دیجیتال و شتاب‌سنج متکی است تا اطلاعات لازم را برای نرم‌افزار AR برای انجام کار خود جمع‌آوری کند. به عنوان مثال یک ماشین مجازی بدون در نظر گرفتن فضای اطراف، می‌تواند در هر نقطه با زاویه و نمای دلخواه تنظیم شود. از فناوری واقعیت افزوده بدون نشانگر بیشتر برای نقشه‌برداری مسیرها، پیدا کردن کسب‌وکارهای نزدیک و سایر برنامه‌های کاربردی با محوریت تلفن همراه استفاده می‌شود.

مبتنی بر موقعیت مکانی :

واقعیت افزوده مبتنی بر موقعیت مکانی (Location-based)، محتوای دیجیتال را در یک مکان خاص نمایش می‌دهد. در واقع اشیاء به گونه‌ای ترسیم می‌شوند که وقتی مکان کاربر با نقطه از پیش تعیین‌شده مطابقت دارد، روی صفحه‌نمایش داده می‌شود. این نوع واقعیت افزوده از طریق مشاهده مکان مورد نظر با دوربین سیستم واقعیت افزوده (AR) و تلفیق آن با اشیاء مجازی (Virtual Objects) عمل می‌کند. در واقع می‌تواند اطلاعات مختلف را به صورت لحظه‌ای بر روی مکان‌های مختلف در دنیای واقعی مشاهده کرد و با حرکت دوربین به هر سمت می‌توان در همان جهت اطلاعات مفیدی مثل محل پمپ‌بنزین‌ها، رستوران‌ها و … را پیدا کرد. بازی واقعیت افزوده Pokemon Go، نمونه‌ای از AR مبتنی بر مکان است. این بازی کاراکترهای مجازی را به دنیای واقعی اضافه می‌کند و کاربر را ترغیب به پیدا کردن کاراکترها می‌نماید.

تلفیقی :

واقعیت افزوده مبتنی بر تلفیق (Superimposition) تصاویر، یک شیء را در دنیای جسمی تشخیص می‌دهد و به نوعی آن را تقویت می‌کند تا یک دید متناوب را ارائه نماید. به عنوان مثال، یک جسم مانند صندلی در محیط توسط اپلیکیشن شناسایی‌شده و همچنین قابلیت کپی از آن جسم فراهم آورده و در مکان دیگر به‌طور همزمان مورد استفاده قرار گیرد.

مبتنی بر پروژکتور :

واقعیت افزوده مبتنی بر طرح‌ریزی، کمی متفاوت از انواع دیگر واقعیت افزوده می‌باشد. طراحی واقعیت افزوده مبتنی بر پروژکتور با کمک طراحی و ایجاد نور مصنوعی بر روی سطوحی از دنیای واقعی کار می‌کند. برنامه‌های واقعیت افزوده مبتنی بر پروژکتور، برای ایجاد تعامل با ارسال نور به سطحی از دنیای واقعی انجام می‌شود. تعامل کاربر با کمک تمایز موجود بین پیش‌بینی مورد انتظار و طراحی مورد نظر، انجام می‌شود. از دیگر برنامه‌های جالب، واقعیت افزوده مبتنی بر پروجکشن، استفاده از تکنولوژی لیزر پلاسما برای طراحی هولوگرام سه بعدی ۳D به صورتی تعاملی فضای اطراف می‌باشد.

تشریحی :

واقعیت افزوده تشریحی (Outlining)، مرزها و خطوط را برای کمک به شرایطی که چشم انسان نمی‌تواند تشخیص دهد. به تشریح واقعیت افزوده، از شناخت شیء برای درک محیط فوری کاربر استفاده می‌کند. در مورد رانندگی در شرایط کم‌نور یا دیدن ساختار یک ساختمان از خارج فکر کنید. این مثال از ترسیم AR دقیقاً به راننده می‌گوید که وسط خط کجاست تا آن‌ها را از صدمه دور نگه دارد. برنامه‌های مشابه شامل پارک کردن ماشین شما و داشتن مرزهای مشخص‌شده‌است تا بتوانید دقیقاً فضای پارکینگ را در آن ببینید. روند رشد فناوری سال‌ها است با جهش روزافزون وارد زندگی مردم شده‌است. بسیاری از کارهایی که قبلاً فقط به صورت فیزیکی انجام می‌شد، در حال حاضر با کنار هم قرار گرفتن پیکسل‌ها و تصویرسازی‌ها انجام می‌شود. به این صورت که کاربران می‌توانند لباس روی رگال را در تن خود ببینند بدون اینکه آن را بپوشند. یا اینکه مدل مویی را روی سرخود ببیند قبل از آنکه به آرایشگاه بروند. در موزهٔ لوور قدم بزنند بدون اینکه در آنجا حضور فیزیکی داشته باشند. تمام این کارها با استفاده از اپلیکیشن‌های واقعیت مجازی و واقعیت افزوده در گوشی‌ها انجام می‌شود.

کاربردها

ورزش : ساده‌ترین نمونه واقعیت افزوده را می‌توان در برنامه‌های ورزشی تلویزیونی مشاهده نمود. برای مثال، نمایش نتیجه مسابقات فوتبال در دایره مرکز زمین، یا در زمان پخش مسابقات شنا در تلویزیون، نمایش شماره خط هر شناگر و نمایش رکورد در پشت هر شناگر (که امکان مقایسه شناگران را به بینندگان مسابقه می‌دهد) نمونه‌هایی عادی از کاربرد این سیستم است.

بازی‌های ویدئویی دستی : به وسیله «کارت واقعیت افزوده» برای نینتندو ۳دی‌اس و پلی‌استیشن ویتا با استفاده از دوربین مخصوص، می‌توان بازی کرد.

نرم‌افزارهای کاربردی : با توجه به گسترش سریع موبایل‌های هوشمند به عنوان اصلی‌ترین سخت‌افزارها برای واقعیت افزوده می‌توان به گسترش روزافزون نرم‌افزارهای کاربردی در حوزه‌های مختلف اشاره کرد.

واقعیت افزوده در مد و لباس : در بین تمام صنایع در حال حاضر، تعداد معدودی ممکن است به اندازه صنعت مد برای نوآوری‌ها باز باشند. در واقع، صنعت n تریلیون دلاری همیشه کانونی برای روندهای جدید بوده‌است؛ چه در زیبایی‌شناسی و چه در تجارت الکترونیکی.

آموزش : استفاده از واقعیت افزوده در آموزش و پرورش در چند دهه اخیر پیشرفت چشم‌گیری داشته‌است و از طرفی با افزایش سطح استفاده از وسایل همراه در این زمینه، بهره‌برداری از این فناوری به شدت رو به رشد می‌باشد. به‌طور معمول نیازهای اولیه نرم‌افزارهای واقعیت افزوده عبارتند از یک پردازشگر، نمایشگر خاص، سامانه ردیابی، سخت‌افزار و نرم‌افزارهایی که مورد نیاز می‌باشد. (Billinghurst, 2012) از این فناوری می‌توان در سطوح مختلف آموزشی از تحصیلات ابتدایی و متوسطه که به آن‌ها اصطلاحاً K-12 گفته می‌شود، تا تحصیلات سطح بالای دانشگاهی استفاده نمود.

استفاده در دبستان‌ها : یکی از مهم‌ترین و رایج‌ترین استفاده‌هایی که از این فناوری می‌شود، در کتاب‌های واقعیت افزوده‌است. اصطلاحاً به این گونه کتاب‌ها، جادویی گفته می‌شود. این کتاب‌ها شباهت زیادی به کتاب‌های معمولی دارند؛ با این تفاوت که کاربر با استفاده از عینک‌های مخصوص واقعیت افزوده هنگام مشاهده صفحات کتاب، اشکال سه بعدی دیجیتالی که بیرون از کتاب ایجاد شده‌اند را نیز می‌بیند.  این کتاب‌ها در واقع مدل دیجیتالی کتاب‌های برجسته مرسوم هستند که به کاربر امکان مشاهده اشکال سه‌بعدی را در هر زاویه و جهتی می‌دهند. همچنین از این کتاب‌ها می‌توان به صورت اشتراکی استفاده نمود به این صورت که دو کاربر دید یکسان یا متفاوتی را از یک صفحه کتاب داشته باشند و از این جهت بسیار کارآمد و مفید می‌باشند.

استفاده در دانشگاه‌ها : یکی از مهم‌ترین کارهایی که در زمینه آموزش در سطوح بالای دانشگاهی صورت گرفته‌است، راه‌اندازی آزمایشگاه‌های راه دور مجازی با استفاده از تکنولوژی واقعیت افزوده می‌باشد. طی سالیان گذشته فعالیت‌های زیادی در زمینه آزمایشگاه‌های راه دور به صورت مجازی و الکترونیکی صورت گرفته‌است که اغلب در رشته مهندسی برق و الکترونیک کاربرد داشته‌است؛ اما این روش‌ها علاوه بر مزایای زیاد، معایبی نیز به همراه دارند که از جمله آن‌ها اینکه در روش مجازی‌سازی، کاربران از آنجایی که به صورت واقعی با ابزارها و وسایل آزمایش در تعامل نمی‌باشند، در نتیجه نمی‌توانند تجربه کافی حاصل از آزمایش را به دست آورند. از طرفی این شیوه آموزشی در بسیاری از حوزه‌های آزمایشگاهی کارایی لازم را ندارد؛ به عنوان مثال در صورتی که آزمایشگاه شیمی به صورت مجازی و راه دور برگزار گردد، نتیجه بخش نخواهد بود. از این رو در این حوزه استفاده از قابلیت‌های واقعیت افزوده که فراتر از روش‌های مجازی مرسوم می‌باشد، می‌تواند تأثیرگزارتر باشد. از این جهت که با استفاده از این فناوری، فهم مطالب و نتایج حاصل از آزمایشات در کیفیتی برابر یا بیشتر از حالتی که در آزمایشگاه‌های واقعی صورت می‌گیرد، خواهد بود و از طرفی حل مسائل پیچیده به راحتی صورت می‌گیرد. نرم‌افزاری که بدین منظور طراحی شده‌است ARRL4 نام دارد که در کامپیوتر کاربر اجرا شده و از طریق ارتباط TCP/IP به شبکه آزمایشگاه مورد نظر متصل شده و شروع به کار می‌نماید. این برنامه، در واقع با استفاده از دوربین‌های ویژه که در محل اصلی نمایشگاه واقع شده‌اند و همچنین افزودن المان‌های مجازی و دیجیتال به آن‌ها با استفاده از واقعیت افزوده، به کاربر امکان تعامل با وسایل آزمایشگاهی و در نهایت مشاهده نتیجه کار خود را می‌دهد. استفاده از این شیوه آموزشی، امروزه علاوه بر رشته‌های مهندسی، در تدریس دروسی همچون تاریخ و جغرافیا نیز کاربرد دارد. 

فناوری :

سخت‌افزار:  اجزای اصلی سخت‌افزاری برای واقعیت افزوده عبارتند از: پردازنده، نمایشگر، حسگرها و دستگاه‌های ورودی. این عناصر به ویژه سی‌پی‌یو، نمایشگر، دوربین و سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی از قبیل شتاب سنج، جی‌پی‌اس، قطب‌نمای جامد در اکثر تلفن‌های هوشمند مدرن وجود دارند که در آینده، پلتفرم‌های واقعیت افزوده را تشکیل می‌دهند.

ردیابی : سیستم‌های واقعیت افزوده قابل حمل مدرن از حداقل یک فناوری ردیابی استفاده می‌کنند: دوربین‌های دیجیتال یا سایر سنسورهای تصویری، شتاب‌سنجها، جی‌پی‌اس، ژیروسکوپ، قطب‌نمای جامد، RFID و سنسورهای بی‌سیم. این تکنولوژی‌ها با سطوح متفاوتی از صحت و دقت عرضه می‌شوند. موقعیت و جهت سر کاربر بیشترین اهمیت را دارد.

موارد عمومی :

تلویزیون، فیلم : در سری فیلم‌های نابودگر، تمامی نابودگرها، از سری T-800 به بعد از سیستم واقعیت افزوده برای دیدن استفاده می‌کردند. در فیلم مرد آهنی، تونی استارک (رابرت داونی جونیور) از سیستم واقعیت افزوده برای طراحی لباس ابرقدرتش استفاده می‌کند. همچنین خود این لباس هم دارای تکنولوژی واقعیت افزوده بود. در فیلم پلیس آهنی، پلیس آهنی به وسیله نمایشگر سربنداش (head-mounted display) از تکنولوژی واقعیت افزوده برای یافتن اطلاعات در مورد افراد مورد نظر یا وضعیتشان استفاده می‌کرد.

بازی‌ها :

دستگاه‌های معروف بازی، مانند پلی‌استیشن آی، کینکت، نینتندو ۳دی‌اس، پلی‌استیشن همراه، پلی‌استیشن ویتا و برخی از دستگاه‌های قابل حمل، از دوربین، برای افزودن گرافیک کامپیوتری بر روی تصاویر زنده استفاده می‌کنند. اکثر نرم‌افزارهای واقعیت افزوده از کارت‌های ویژه‌ای برای خواندن دقیق نقاط استفاده کرده و تصویر را رسم می‌کنند. بازی جدید بتمن: شهر آرکهام از واقعیت افزوده استفاده می‌کند.