香港城市大学研发BLE与UWB辅助AR同步技术
通过位置信标技术（即低功耗蓝牙BLE和超宽带UWB）实现AR同步解决方案
（映维网Nweon 2025年07月21日）跨会话/设备同步增强现实存在挑战。在一项研究中，香港城市团队大学团队提出利用位置信标技术（即低功耗蓝牙BLE和超宽带UWB）实现AR同步解决方案，以讨论现有AR系统中的可扩展性问题和不一致性。
相关框架分为两种方法：BLE辅助和WEB辅助AR同步。BLE辅助方法利用iBeacon技术进行房间环境识别，并与苹果的ARKit ARWorldMap和谷歌的ARCore Cloud Anchors相结合。UWB辅助解决方案采用精确的信标测距功能与设备的方位角融合，在AR会话/设备中建立固定的空间参考。
对比评估表明，UWB辅助方法在各种环境变化的可靠性方面优于BLE辅助方法，因为无论物理环境如何变化，UWB辅助方法都能成功解决虚拟锚点问题。然而，BLE辅助实现在解析虚拟锚点时往往更准确，位置误差平均为0.02米，方向误差在0.03弧度以内。在UWB辅助方法中，计算的固定空间参考的平均视差为0.04米，姿态为0.11弧度。UWB辅助方法是理想的场景，需要持续成功的定位和可接受的精度。相比之下，BLE辅助方法更适合在环境改变时要求更高精度的虚拟锚位和性能权衡，例如用于目标短期AR会话。
市场中的大多数AR应用都是多用户支持，包括在所有会话和设备之间对齐坐标，以在物理世界中创建虚拟世界的恒定空间。现有的同步AR会话方法主要来源于基于视觉的环境理解，将全球坐标系统分解到每个本地AR会话中，例如ARKit中的ARWorldMap和ARCore中的Cloud Anchors，以在所有会话和设备之间进行持久的锚定。
然而，由于所述API主要依赖于视觉特征点映射，所以容易出现以下威胁：
在更大的工作空间中的可扩展性
在视觉环境变化下的可靠性
因此，前面提到的API设计为在一个房间大小的空间中，短时间内，而不是随着时间的推移保存或重用。所以，我们需要额外的方法来增强AR体验，以支持数字孪生世界的概念。其中虚拟世界与物理世界可以稳定地对齐，可以规模访问，并且对周围的视觉变化具有长期耐用性。
在一项研究中，香港城市大学团队开发了两种解决方案来改善AR会话的同步：
使用iBeacon技术广播位置上下文，并应用于现有的AR同步框架，以基于房间的方式进行定位。
超宽带辅助AR同步利用厘米级精确测距能力与磁罗经航向信息融合，建立固定参考姿态，用于承载和解析附近锚点。
通过利用BLE和UWB技术，研究实现了每个用户在每个会话中的统一虚拟坐标。另外，通过UWB辅助AR同步，可以保证动态空间的AR体验对环境变化的适应性。
BLE辅助AR同步的主要思想是将宽敞的工作空间（如建筑物）分解为多个房间，通过传统的空间锚定框架优化AR体验。这包括获取用户所在的当前房间环境，并相应地协调空间锚定框架。所提出方法将收听来自ESP32的iBeacon广播，而它作为放置在广阔工作空间的信标来获取房间上下文。
iBeacon标准允许设备确定广播者（信标）和观测者（AR设备）之间的距离，无论是直接的、近的还是远的。因此，我们可以假设引用当前房间的最近信标，因为每个信标都以多对一的关系配准到一个虚拟房间。当当前的房间发生变化时，例如用户进入了一个新的房间，将触发空间锚定更新。
ARWorldMap的常见做法是将来自主机设备的正在进行的AR会话存档为编码数据，并通过网络将它们传输，以便将其解存档和本地化到接收器AR会话。在成功解析后，将应用主机AR会话的坐标，并将现有的锚传递给接收AR会话。通过提供房间上下文，所提出方法可以根据用户位置下载和上传缩小的ARWorldMap，从而防止在广泛的可用区域内传输和定位压倒性的地图大小。但是，当多个用户并发地更改映射时，必须处理继承映射中的保存冲突。
与ARWorldMap中共享地图的惯例相反，Cloud Anchors的实践是托管和解析单个锚点到ARCore API服务器，其中每个锚点的生存时间（TTL）最多为一年。当一个新的锚添加到任何本地AR会话时，我们可以通过ARCore API托管锚点，并在我们的共享数据库中记录返回的锚标识符对与当前房间上下文。一旦进入一个新房间，所提出方案可以从共享数据库中提取与房间相关的锚标识符列表，并在本地AR会话中解析它们，请求只解决附近的锚，以避免计算不必要的远程锚。
从超宽带信标和磁航向构造固定参考位姿空间位姿由位置和方向两部分组成。为了建立一个固定的参考姿势，必须在所有的会话中保持位置和方向的持久性。研究人员使用兼容FiRa标准的超宽带模块DWM3001CDK作为信标，而通过支持UWB的iPhone作为AR设备，可以通过Apple Nearby Interaction框架获得信标在AR中的位置。
根据观察，在初始测距期间，信标在AR中的位置是不一致的。因此，研究人员应用了一种稳定算法，一旦在一段时间内每次观测之间连续保持在预定义的视差阈值内，就认为位置是有效的。目前，距离稳定是UWB辅助AR同步定位的主要延迟。由于UWB信标无法向设备显示其方向，因此可以参考设备惯性测量单元（IMU）检测到的地球磁场和重力来实现持续定向。通常，在AR框架中，AR坐标中的y轴平行于重力，导致xz平面平行于地面。我们可以从AR camera方向将设备方位角投影到地平面，并根据IMU的磁航向角度进行调整。
由于BLE辅助的实现依赖于光学参考，而UWB辅助依赖于无线电信号和磁场测量，所以BLE方法在姿态精度上更加精确。相比之下，UWB方法更差，但依然在合理的精度范围内。团队进一步研究了在UWB辅助实现中建立参考位姿的准确性，并显示出有希望的结果。
在可靠性方面，UWB方法是理想的，始终如一地实现成功的定位，而BLE实现在严重变化的环境下无法执行。尽管UWB辅助AR同步的定位延迟并不令人愉快，但可以通过更有效的稳定算法或知道测距结果何时稳定的能力来增强。另外，在硬件级别上还有提高可扩展性的空间，以获得更多的并发通信容量。
UWB方法的一个优点是能够通过同质度量来操纵锚定，不需要AR会话，这与BLE方法不同，BLE方法通过现有的空间锚定框架来操作，托管锚点只能通过正在进行的AR会话来执行。在大范围的AR同步工作中，BLE信标可以通过现有的空间锚定框架将地图缩小到局部AR会话的房间，而静止的UWB信标可以通过相对变换建立一个持久的姿态作为虚拟锚点的参考，实现AR会话间的一致锚点。
根据评估，BLE辅助AR同步在锚的姿势上是准确的，但定位成功与否不一致。同时，在UWB辅助AR同步中，尽管定位始终成功，但姿态精度较低。与延时恒定的UWB方法不同，低频段方法的定位延迟受环境变化的影响较大。尽管UWB方法的平均定位延迟不能令人满意，但在各个部分都可以得到改进。
综上所述，在强调成功的锚定分辨率而不是高精度时，UWB辅助AR同步适用于广泛的工作区域。相比之下，由于在环境变化下无法分辨，BLE辅助AR同步是短期AR会话的理想选择，在锚定时具有更高的准确性。
