繼智能手機(jī)、平板電腦之后,虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)有潛力成為下一個(gè)重大通用計(jì)算平臺(tái)。
從當(dāng)前來看,更多的公司選擇從VR領(lǐng)域進(jìn)行切入,各大研究公司、投行針對(duì)VR領(lǐng)域的研究報(bào)告也層出不窮,相比之下,AR領(lǐng)域卻稍顯平淡。
騰訊科技旗下VR次元綜合多家研究機(jī)構(gòu)更為細(xì)化的報(bào)告,發(fā)布全球首份綜合性AR報(bào)告,在這份報(bào)告中,他們將對(duì)AR的發(fā)展趨勢(shì)、未來的挑戰(zhàn)、應(yīng)用領(lǐng)域、可能創(chuàng)造和顛覆的市場(chǎng)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。
VR和AR有著不同的應(yīng)用領(lǐng)域、技術(shù)和市場(chǎng)機(jī)會(huì),因此區(qū)分兩者之間的不同至關(guān)重要。
AR是將計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界上,即把數(shù)字想象世界加在真實(shí)世界之上。最典型的AR設(shè)備就是谷歌眼鏡。這種智能眼鏡將觸控板、攝像頭以及LED顯示器結(jié)合起來,通過顯示器,用戶可以聯(lián)網(wǎng),并在視野內(nèi)使用地圖、電子郵件等服務(wù)。其他知名的AR產(chǎn)品還有微軟的HoloLens,創(chuàng)業(yè)公司則以Magic Leap為典型代表。
AR具備三個(gè)主要特征:
1、融合虛擬和現(xiàn)實(shí):
與VR技術(shù)不同的是,AR技術(shù)不會(huì)把使用者與真實(shí)世界隔開,而是將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體和信息疊加到真實(shí)世界的場(chǎng)景中來,以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景更直觀深入的了解和解讀,在有限的時(shí)間和有限的場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)相關(guān)知識(shí)領(lǐng)域的理解。增強(qiáng)的信息可以是與真實(shí)物體相關(guān)的非幾何信息,如視頻、文字,也可以是幾何信息,如虛擬的三維物體和場(chǎng)景。
2、實(shí)時(shí)交互:
通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的交互接口設(shè)備,人們以自然方式與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行交互操作,這種交互要滿足實(shí)時(shí)性。
3、三維注冊(cè):
“注冊(cè)”(這里也可以解釋為跟蹤和定位)指的是將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬物體與真實(shí)環(huán)境進(jìn)行一一對(duì)應(yīng),且用戶在真實(shí)環(huán)境中運(yùn)動(dòng)時(shí),也將繼續(xù)維持正確的對(duì)準(zhǔn)關(guān)系。
VR是讓用戶置身于一個(gè)想象出來或者重新復(fù)制的世界,或是模擬真實(shí)的世界。VR領(lǐng)域主要的產(chǎn)品包括Oculus、索尼PlayStation VR、HTC Vive和三星Gear VR。(有關(guān)VR更詳細(xì)的內(nèi)容,可以參考VR次元發(fā)布的德銀VR報(bào)告和高盛VR報(bào)告)
區(qū)分VR和AR的一個(gè)簡單的方法是:VR需要用一個(gè)不透明的頭戴設(shè)備完成虛擬世界里的沉浸體驗(yàn),而AR需要清晰的頭戴設(shè)備看清真實(shí)世界和重疊在上面的信息和圖像。
AR發(fā)展簡史:
AR技術(shù)的起源可追溯到“VR之父”Morton Heilig在上個(gè)世紀(jì)五、六十年代所發(fā)明的 Sensorama Stimulator。
Heilig是一名哲學(xué)家、電影制作人和發(fā)明家。他利用他在電影拍攝上經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出了Sensorama Stimulator,并在1962年獲得了專利。
Sensorama Stimulator使用圖像、聲音、風(fēng)扇、香味和震動(dòng),讓用戶感受在紐約布魯克林街道上騎著摩托車風(fēng)馳電掣的場(chǎng)景。盡管這臺(tái)機(jī)器大且笨重,但在當(dāng)時(shí)卻非常超前。令人遺憾的是,Heilig沒有能夠獲得所需的資金支持讓這個(gè)發(fā)明商業(yè)化。
AR歷史上的下一個(gè)重大里程碑是第一臺(tái)頭戴式AR設(shè)備的發(fā)明。1968年,哈佛副教授Ivan Sutherland跟他的學(xué)生Bob Sproull合作發(fā)明了Sutherland稱之為“終極顯示器”的AR設(shè)備。使用這個(gè)設(shè)備的用戶可以通過一個(gè)雙目鏡看到一個(gè)簡單三維房間模型,用戶還可以使用視覺和頭部運(yùn)動(dòng)跟蹤改變視角。盡管用戶交互界面是頭戴的,然而系統(tǒng)主體部分卻又大又重,不能戴在用戶頭上,只能懸掛在用戶頭頂?shù)奶旎ò迳稀_@套系統(tǒng)也因此被命名為“達(dá)摩克利斯之劍”。
盡管這些早期的發(fā)明屬于AR的范疇,但實(shí)際上,直到1990年,波音公司研究員Tom Caudell才創(chuàng)造了“AR”這個(gè)術(shù)語。Caudell和他的同事設(shè)計(jì)了一個(gè)輔助飛機(jī)布線系統(tǒng),用于代替笨重的示例圖版。這個(gè)頭戴設(shè)備將布線圖或者裝配指南投射到特殊的可再用方板上。這些AR投影可以通過計(jì)算機(jī)快速輕松地更改,機(jī)械師再也不需要手工重新改造或者制作示例圖版。
大約在1998年,AR第一次出現(xiàn)在大眾平臺(tái)上。當(dāng)時(shí)有電視臺(tái)在橄欖球賽電視轉(zhuǎn)播上使用AR技術(shù)將得分線疊加到屏幕中的球場(chǎng)上。此后,AR技術(shù)開始被用于天氣預(yù)報(bào)——天氣預(yù)報(bào)制作者將計(jì)算機(jī)圖像疊加到現(xiàn)實(shí)圖像和地圖上面。從那時(shí)起,AR真正地開始了其爆炸式的發(fā)展。
2000年,Bruce H. Thomas在澳大利亞南澳大學(xué)可穿戴計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了第一款手機(jī)室外AR游戲——ARQuake。2008年左右,AR開始被用于地圖等手機(jī)應(yīng)用上。2013年,谷歌發(fā)布了谷歌眼鏡,2015年,微軟發(fā)布HoloLens,這是一款能將計(jì)算機(jī)生成圖像(全息圖)疊加到用戶周圍世界中的頭戴式AR設(shè)備,也正是隨著這兩款產(chǎn)品的出現(xiàn),更多的人開始了解AR。
AR硬件概覽:
AR硬件發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力源于計(jì)算機(jī)處理器、顯示技術(shù)、傳感器、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)速率、電池續(xù)航等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。
目前能夠確定的AR硬件類型有以下幾種:
• 手持設(shè)備
• 固定式AR系統(tǒng)
• 空間增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(SAR)系統(tǒng)
• 頭戴式顯示器(HMD)
• 智能眼鏡
• 智能透鏡
手持設(shè)備
智能手機(jī)正是手持設(shè)備的代表,這些設(shè)備正在變得越來越好——顯示器分辨率越來越高,處理器越來越強(qiáng),相機(jī)成像質(zhì)量越來越好,傳感器越來越多,提供著加速計(jì)、GPS、羅盤等等功能……這些成為了天然的AR平臺(tái)。盡管手持設(shè)備是消費(fèi)者接觸AR應(yīng)用最為方便的形式,但由于大部分手持設(shè)備不具備可穿戴功能,因此用戶無法獲得雙手解放的AR體驗(yàn)。
固定式AR系統(tǒng)
固定式AR系統(tǒng)適用于固定場(chǎng)所中需要更大顯示屏或更高分辨率的場(chǎng)景。與移動(dòng)AR設(shè)備不同的是,這些極少移動(dòng)的系統(tǒng)可以搭載更加先進(jìn)的相機(jī)系統(tǒng),因此能夠更加精確地識(shí)別人物和場(chǎng)景。此外,顯示單元往往能呈現(xiàn)出更加真實(shí)的畫面,而且受陽光或照明等環(huán)境因素影響較小。
空間增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(SAR)系統(tǒng)
與其它所有系統(tǒng)不同的是,空間增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(SAR)系統(tǒng)的虛擬內(nèi)容直接投影在現(xiàn)實(shí)世界中。SAR系統(tǒng)往往固定在自然中。任何物理表面,如墻、桌、泡沫、木塊甚至是人體都可以成為可交互的顯示屏。隨著投影設(shè)備尺寸、成本、功耗的降低以及3D投影的不斷進(jìn)步,各種全新的交互及顯示形式正在不斷涌現(xiàn)。SAR系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)在于,現(xiàn)實(shí)世界的反射在這里更加精確,即虛擬信息能夠以實(shí)際的比例和大小呈現(xiàn)在眼前。此外在觀看人數(shù)較多時(shí),內(nèi)容也能看清,這個(gè)案例可以用來實(shí)現(xiàn)同步辦公。
頭戴式顯示器(HMD)
HMD代表著另一種快速發(fā)展的AR硬件類型。HMD由一個(gè)頭戴裝置(如頭盔),以及與之搭配的一塊或多塊(微型)顯示屏組成。HMD將現(xiàn)實(shí)世界和虛擬物體的畫面重疊顯示在用戶視野中。換而言之,用戶不會(huì)直接看到現(xiàn)實(shí),看到的是現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)視頻畫面。如果顯示屏只覆蓋用戶的一只眼睛,這樣的HMD稱為單眼HMD,另一種是兩只眼睛都看顯示屏的雙眼HMD。先進(jìn)的HMD通常能夠搭載具有很高自由度的傳感器,用戶可以在前后、上下、左右、俯仰、偏轉(zhuǎn)和滾動(dòng)六個(gè)方向自由移動(dòng)頭部。該系統(tǒng)因此能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界的貼合,并根據(jù)用戶頭部移動(dòng)作做相應(yīng)的畫面調(diào)整。
智能眼鏡
消費(fèi)電子行業(yè)的許多公司認(rèn)為,智能眼鏡將會(huì)成為智能手機(jī)后下一大全球熱賣消費(fèi)產(chǎn)品。這些AR設(shè)備實(shí)際上是帶有屏幕、相機(jī)和話筒的眼鏡。根據(jù)這一概念,用戶的現(xiàn)實(shí)世界視角被AR設(shè)備截取,增強(qiáng)后的畫面重新顯示在用戶視野中。AR畫面透過眼鏡鏡片,或者通過眼鏡鏡片反射,從而進(jìn)入眼球。智能眼鏡技術(shù)最為突出的例子是谷歌眼鏡和Vuzix M100。不過,目前開發(fā)中的最令人激動(dòng)的智能眼鏡要數(shù)Atheer One——該智能眼鏡配有3D景深傳感器,用戶可以實(shí)際控制眼前顯示的虛擬內(nèi)容。
智能透鏡
智能眼鏡絕不是故事的結(jié)局。越來越多的研究投入到能顯示AR畫面的智能透鏡上;微軟、谷歌等公司也正忙于宣布自己的智能透鏡項(xiàng)目。
智能透鏡的理念是在傳統(tǒng)透鏡中集成控制電路、通信電路、微型天線、LED及其它光電組件,從而形成一套功能系統(tǒng)。未來或許可以用成千上萬顆LED直接在眼前形成畫面,從而讓透鏡變成顯示屏。然而,還必須克服一系列難題,比如說如何給透鏡供電,如何保證人眼不受傷害等等。
在這一章的最后,我們簡單看下AR技術(shù)會(huì)應(yīng)用到哪些領(lǐng)域:
考古:
在古代遺跡上顯示遺跡原本的樣子。
藝術(shù):
跟蹤眼球移動(dòng)并將這些移動(dòng)顯示在屏幕上,幫助殘疾人進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作。
商業(yè):
顯示產(chǎn)品的多種定制選項(xiàng)或者補(bǔ)充信息。
教育:
將文本、圖像、視頻和音頻疊加到學(xué)生周圍的實(shí)時(shí)環(huán)境中。
時(shí)尚:
顯示不同的妝容和發(fā)型用在一個(gè)人身上的效果。
游戲:
運(yùn)用真實(shí)世界環(huán)境讓用戶在游戲中進(jìn)行互動(dòng),獲得不同的體驗(yàn)。
醫(yī)藥:
通過虛擬X光將病人的內(nèi)臟器官投射到他們的皮膚上。
軍事:
使用AR眼鏡向士兵展示戰(zhàn)場(chǎng)中出現(xiàn)的人和物體,并附上相關(guān)信息,以幫助士兵避開潛在的危險(xiǎn)。
導(dǎo)航:
將道路和街道的名字跟其他相關(guān)信息一起標(biāo)記到現(xiàn)實(shí)地圖中,或者在擋風(fēng)玻璃上顯示目的地方向、天氣、地形、路況、交通信息,提示潛在危險(xiǎn)。
體育:
顯示橄欖球場(chǎng)的得分線、高爾夫球的飛行路線和冰球移動(dòng)的軌跡。
電視:
在天氣預(yù)報(bào)中顯示天氣視覺效果和圖像。