没什么可以永垂不朽,但你有望数字化永生-漫谈虚拟现实革命02

在开篇的内容中,我们沿着时间的脉络了解了虚拟现实在过去几十年的历史中曾经出现过的产品。

接下来我们将对VR、AR、MR、AI等几个最火的概念进行详细的介绍,首先来看看从人机交互的角度,虚拟现实和增强现实将带来怎样的革命。

美国科学家Burdea G.和Philippe Coiffet在1993年世界电子年会上发表了一篇题为“Virtual Reality System and Applications”(虚拟现实系统与应用)的文章,在该文章中首次提出了虚拟现实技术的三个特性,即:沉浸性、交互性和想象性。这三个特性不是孤立的,他们之间是相互影响的,每个特性的实现都是依赖于另两个特性的实现。

正如上面所提及,虚拟现实技术具有的交互性,沉浸性,想象性,使得参与者能在虚拟环境中沉浸其中,超越其上,进退自如并自由交互。他强调了人在虚拟系统中的主导作用,即人的感受在整个系统中最重要。因此交互性和沉浸性这连个特征,是虚拟现实与其他相关技术(如三维动画、科学可视化以及传统的多媒体图像技术等)本质的区别。简而言之,虚拟现实是人机交互内容和交互方式的革新。

  • 人机交互内容的革新

计算机从最早的数值计算到处理字符串、文本、图像和声音等多媒体信息。在虚拟现实系统中,以多媒体新的“环境”作为计算机处理的对象和人机交互的内容。

  • 人机交互方式的革新

传统计算机通常使用显示器、键盘、鼠标等接口设备进行交互,他们是面向计算机开发的,用户需要学习设备的操作方法。而虚拟现实系统采用的输入/输出设备,可使用户利用自己的感觉来感知环境,是专门为用户设计的。

  • 人机交互效果的革新

在虚拟现实系统中,用户通过基于自然的特殊设备进行交互,得到逼真的视觉、听觉、触觉的感知效果,使人产生身临其境的感觉,如同置身于真实世界一样。

“和面对面的交流方式相比,任何其他电子化的交流方式都会显得相形见绌。”Oculus创始人 帕尔默 · 勒基(Palmer Luckey)表示,“在通过邮件、短信以及电话等方式进行交流时,你总会丧失某些东西。虚拟现实技术除了可以让电子化的交流方式变得更加有效、实用以外,还可以让其更具备人性化的一面。将最好的现实沟通方式与最好的电子化沟通方式进行结合才是虚拟现实的未来,这种沟通方式的成本非常低廉,速度快捷,而且可以更好地反映人与人之间交流的丰富维度。”

人机交互方式的演化

接下来让我们一起认识下虚拟现实和增强现实的区别和联系。

20世纪90年代初,伴随着虚拟现实(Virtual Reality, VR)技术的发展,增强现实(Augmented Reality, AR)技术应用而生。2016年2月,创业公司Magic Leap在新一轮融资中获7.935亿美元的投资,阿里、谷歌都参与本轮融资。Magic Leap曾在2015年9月发布过一段“直接利用Magic Leap技术”实现的视频,没有添加任何特效。引起不小骚动。如今,也有媒体称他们为混合现实(Mix Reality,MR)公司,那么VR、AR、MR之间到底有什么区别呢?在了解MR之前,我们先来了解一下VR和AR的区别。

我们从应用场景上来做一个初步的区分。虚拟世界通常包含两种情况。一种是完全虚拟的人造世界,如借助可视化技术构造的虚拟风洞,或者在三维动画设计中人工构造的虚拟场景。另外一种情况真实世界的再现,如文物古迹保护中真实建筑的虚拟重建,这种真实建筑物可能是已经建好的;或者已经设计好但尚未建成的;也可能是原来完好的,现在被损坏了的。增强现实(AR)是相对容易被误解的,相比起虚拟现实(VR)来说,它不是单纯被创造出来的,而3D建模、模拟世界,这样纯粹的被创造出来的东西更好理解。所谓现实,就是我们肉眼看得到的、耳朵听的见的、皮肤感知的到的、身处的这个世界。如果广义的说,在现实的基础上利用技术将这个增添一层相关的、额外的内容,就可以被称为增强现实。

相比起AR,虚拟现实(VR)就好明白的多了:一个完全被创造出来的世界。Oculus首席科学家Michael Abrash针对此提出的观点是:“这个被模拟出来的世界要能带来与真实世界一样的感受。”这种感受指的是人身体上的感受,这也是与3D建模、4D电影这种最大的不同。

换而言之,虚拟现实是一种封闭式的体验,增强现实则可以让用户看到真实的世界,同时可以看到叠加在现实物体之上的相关信息。

不过从技术实现来看,增强现实技术可以被认定为虚拟现实技术的一个重要的分支或拓展。增强现实系统综合使用了不同研究领域的多种技术,如虚拟现实技术,计算机视觉技术,人工智能技术,可佩戴移动计算机技术,人机交互技术,生物工程技术等。因此要从技术层面上了解两者的区别,我们需要先了解VR技术。

虚拟现实给人机交互带来革命性的变革

沉浸式虚拟现实

虚拟现实(VR)是完全沉浸式的。沉浸式虚拟现实系统提供了一个完全沉浸的体验,使用户有一种仿佛置身于真实世界之中的感觉,是一种高级的、较理想的虚拟现实系统。

虚拟现实CAVE系统

它通常采用洞穴式立体显示装置(CAVE系统)或者头盔式显示器(HMD)等设备,首先把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来,并提供一个新的、虚拟的感觉空间,利用三维鼠标、数据手套、空间位置跟踪器等输入设备和视觉、听觉等设备,使用户产生一种身临其境、完全投入其中的感觉。

沉浸式虚拟现实(VR)系统具有以下5个特点:

  • 高度沉浸感

沉浸式虚拟现实系统采用多种输入输出设备从视觉、听觉、甚至于触觉、嗅觉等各方面来模拟,营造一个虚拟的世界,并使用户与真实世界隔离,不受外面真实世界的影响,沉浸于虚拟世界之中。

  • 高度实时性与交互性

在沉浸式虚拟现实系统中,要达到与真实世界相同的感受,必须具有高度实时的性能。否则会产生很强的眩晕感。以前有人看3D电影会产生眩晕,主要也是实时性和交互性还无法匹配人的大脑的交互习惯,现在3D电影拍摄和制作的技术已经相当成熟了,尤其在交互性上基本上和2D的一致了,因此大家看3D不再有眩晕的感觉了。虚拟现实也将经历过这样一个阶段。

  • 良好的系统集成度和整合性能

为了使用户产生全方位的沉浸,就必须要多种设备与多种相关的软件相互作用,且相互之间不能有影响,所以系统必须有良好的兼容与整合性能。

  • 良好的开放性

虚拟现实技术之所以发展迅速是因为它采用了其他现实技术的成果。在沉浸式虚拟现实系统中要尽可能的利用最先进的硬件设备与软件技术,这就要求虚拟现实系统能方便的改进硬件设备与软件技术。因此必须用比以往更灵活的方式构造虚拟现实系统的软,硬件结构体系。

  • 支持多种输入输出设备并行工作

为了实现沉浸性,可能需要多个设备综合应用,如用手那一个物体,就必须要数据手套,空间位置跟踪器等设备同步工作。所以说,支持多种输入输出设备的并行处理是实现虚拟现实系统的一项必备技术。外设部分的发展与丰富,也是影响虚拟现实普及的重要因素。

沉浸式虚拟现实系统让人忘却身边的一切

增强式虚拟现实

增强现实技术,是一种实时的计算摄影机影像的位置及角度,加上相应图像的技术。这种技术可以通过全息投影,在镜片的显示屏中把虚拟世界叠加在现实世界,操作者可以通过设备进行互动。

增强现实(AR)是虚拟与现实的连接入口,与Oculus等设备主张的虚拟世界沉浸不同,AR注重虚拟与现实的连接,是为了达到更震撼的现实增强体验。

AR的定义很广泛,技术种类众多,目前主流的AR是指通过设备识别判断(二维、三维、GPS、体感、面部等识别物)将虚拟信息叠加在以识别物为基准的某个位置,并显示在设备屏幕上,可实时交互虚拟信息。总结起来即识别、虚实结合、实时交互。

增强式虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界,而且是要利用它来增强参与者对真实环境的感受。也就是增强在现实中无法或者不方便获得的感受。增强现实是虚拟现实与真实世界之间的沟壑上架起一座桥梁。因此增强现实的应用潜力是相当巨大的。例如可以叠加在周围环境上的图形信息和文字信息,以指导操作者对设备进行操作,维护或是修理。而不需要操作者去查阅手册,甚至不需要操作者有工作经验;既可以利用增强式虚拟现实系统的虚实结合技术进行的辅助教学,同时增进学生的理性认识和感性认识,也可以使用增强式虚拟现实系统进行高度专业化的训练等。

AR是对现实的增强和辅助

增强式虚拟现实系统主要具有以下三个特点。

  • 真实世界和虚拟世界融为一体
  • 具有实时人机交互功能
  • 真实世界和虚拟世界是在三维空间中整合的。

混合式虚拟现实

混合现实(Mix reality,简称MR),既包括增强现实和增强虚拟,指的是合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境。在新的可视化环境里物理和数字对象共存,并实时互动。虚拟现实往往用洞穴式(CAVE)或者头盔(HMD)系统产生与现实环境隔绝,而MR中往往采用其他的技术达到这个效果,譬如视网膜投射技术。因此很多人认为MR技术其实更倾向于是AR技术的增强。长远来说,MR将会成为虚拟现实技术发展的终极目标,只是目前的技术难度较大,成熟期将会来得更晚一些。

HoloLens在NASA中的应用

最后,我们来看看虚拟现实技术发展的未来趋势。

VR和AR行业覆盖了硬件,系统,平台,开发工具,应用以及消费内容等诸多方面。作为一个还未成熟的产业,VR和AR的产业链均比较单薄,参与厂商(尤其是内容提供商)比较少,投入的力度不是太大,核心内容生产工具面临较大的研发制作瓶颈,如360度全景拍摄相机,市面上的产品屈指可数,就连诺基亚和三星早已宣传的产品也都一直没有批量。

与VR不同之处,在于Hololens (微软更倾向于是混合现实MR)展现给用户的并非是虚拟世界,是一款增强现实显示器。根据Digi-Capital预测,到2020年VR和AR共计达到1500亿美元总收入,其中1200亿美元来自增强现实,其中包括了硬件(份额最大)、商务、数据语音服务,以及影视和主题公园等;另外300亿美元来自虚拟现实(VR),主要包括游戏与硬件。Manatt Digital Media的CEO曾表示,增强现实才是通向大众市场的途径,虚拟现实市场归属则为小游戏市场。

除了视频游戏领域理所应当的在使用AR和VR,Hollywood和Madison Avenue 也越来越热衷于为消费者提供相关内容。迪斯尼投资了一家VR内容提供商Jaunt,卢卡斯影业开设了一个内部工作室,致力于为其独家电影制作VR内容,如《星际大战》。

星球大战游戏的VR版让人欲罢不能

在广告行业,Nike、Ferrari等品牌已经开始利用VR帮助他们销售产品。他们借助于低价的VR技术,如需搭载智能手机的Google Cardboard和View Master VR来吸引客户。

其他行业也看到了AR/VR内容的优势。例如房地产网站Redfin最近开始在旧金山和西雅图为顾客提供虚拟房地产之旅,当用户想要购买房产时,只需佩戴上三星Gear VR设备就可以真的感觉就在房间中,无需为看房而奔波。

Manatt的报告表明,AR市场中,大约400亿美元的收入主要来自于硬件。很多人仍期待Google重新启动AR先锋产品谷歌眼镜。尽管谷歌眼镜没有大获全胜,谷歌与多家科技公司近日对位于佛罗里达的AR公司Magic Leap投入了5.42亿美元,充分展示了该公司将AR进行到底的决心。

Google Glass 2卷土重来

微软则推出了Hololens,据称该设备兼具了AR及VR硬件技术的优势。

据Digi-Capital报告称,AR市场其余800亿美元的收入则来自于各种应用,从电影到主题公园。与此同时,VR市场300亿美元的收入则主要来自于游戏,其次是影视、主题公园及硬件等等。

Csathy提到,充分利用AR和VR的方法还在继续探索之中。他以受联合国委托拍摄的VR电影《锡德拉湾上空的云》为例,谈到:“这在沉浸式新闻报道中将有很大的发展,你不仅仅只是阅读故事,你可以成为故事中的一员。”《锡德拉湾上空的云》是第一部以VR实景技术表现难民营生活的短片。

VR的方向必定是与会AR技术相碰撞产生出更优秀的交互方式,事实上,还真有人把VR设备拿去干着AR设备干的事,一群黑客使用Oculus DK2和Dragonfly传感器来完成现实增强的体验,展示了VR虚拟现实设备在AR现实增强上的应用可能性。

他们实现了在现实的场景中模拟一个浮动菜单,里面可以实现查看日历、邮箱、打电话、聊天和看视频等功能,看到自己的手在视线中挥动。只是通过这种办法得到的AR画面其实是稍逊于真正的AR设备,但由于是临时拼凑出来的头戴显示器,效果不尽人意也是可以体谅的。但联系最近两年Oculus收购的几家公司来看,现在的Oculus确实是想要做Hololens能够做到的事。

所以,手势操控只是第一步,VR技术最终的发展形态必定是把AR技术也吸纳到自己体内。AR和VR各有优势和缺点,也许两种技术融为一体才是未来沉浸式娱乐体验的完全体。

根据业内传闻,令人期待已久的下一代革命性计算平台很可能仍然由苹果公司带来。而这款传闻中的革命性消费类电子产品,就是苹果的AR Glasses。

从2017年开始,苹果首次推出ARKit。

2017年 WWDC上苹果首次推出ARKit

2018年,苹果推出ARKit2,并添加了多人AR体验功能。

2018年的ARKit2添加了多人AR功能

2019年WWDC,苹果更是推出了ARKit3,并添加了People Occlusion功能,可以将人和环境无缝对接。更厉害的是,ARKit3竟然支持使用单摄像头实现动作捕捉功能。此外,还推出了配套的RealityKit开发套件。

ARKit3 添加了People Occlusion功能

此外,还有传闻的rOS(Reality Operation System)。当然,最令人期待的还是2020年即将发布的Apple AR Glasses。

传闻中将于2020年发布的Apple AR Glasses

自从2007年苹果发布iPhone之后,整个IT业界就再也没有一款真正意义上的革命性创新产品出现,包括苹果自己的Apple Watch也只能算失败之作。

未来的虚拟现实技术一定是VR和AR的融合,但是究竟哪个厂商的哪款产品可以真正引爆这个市场,让我们拭目以待吧~

在本节的最后,附上业内人士对于Apple AR Glasses的详细猜想~

在下一部分的内容中,我们将一起聊聊虚拟现实和人工智能技术之间的关系,敬请期待。

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