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VR:虚拟与现实之间的时空穿梭机?
2015年11月22日    评论:    分享:
    来源:北京青年报
    作者:靖程

    虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向,它是仿真技术与计算机图形学人机接口技术,多媒体技术与传感技术,网络技术等多种技术的集合和研究领域。它是目前科技领域内一门富有挑战性的前沿学科。 

    虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外,还有听觉、触觉、力觉、运动等感知,甚至还包括嗅觉和味觉等,也称为多感知。自然技能是指人的头部转动,眼睛、手势或其他人体行为动作,由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据,并对用户的输入作出实时响应,并分别反馈到用户的五官。上面这些名词可能让你听起来比较困惑,但是又给人一种科技感很强的感觉,也许这就是所谓的“不明觉厉”吧。北青报《生活时代》通过一个虚拟现实技术的具体应用来介绍一下,VR能带给我们什么。



    让虚拟现实带你穿越青铜时代

    大英博物馆近期将通过虚拟现实技术让游客进入青铜时代。大英博物馆的虚拟现实技术合作伙伴是三星,这也是大英博物馆提供的第一个虚拟现实访问体验。游客使用三星提供的虚拟现实头盔,以虚拟现实方式,探索大英博物馆在青铜时代的展品,当然游客浏览的是博物馆藏品的3D扫描图像。 

    大英博物馆的Micropasts项目已经开始使用3D扫描,创建扫描对象的开放数据源,并让游客探索藏品过去的用途,这些可以用虚拟现实方式探索的藏品包括在英国格洛斯特郡发现的远古金手镯,目前它被视为英国珍宝。 

    虚拟现实技术也将让游客通过灯光和气氛体验青铜器时代,戴上虚拟现实头盔,参与到古人的各种仪式当中,包括祭祀太阳的仪式等等,在虚拟的仪式现场中就包含馆藏的各种同时代文物,这种身临其境的感觉让游客参观文物的同时,更能感受到文物所处的那个时代,这才是博物馆真正想要传递给游客的信息。本次活动由英国三星电子英国和爱尔兰安迪格里菲思合办,以一种全新的方式来与大英博物馆的藏品进行互动。

    在虚拟场景中从事真正的锻炼

    健康追踪应用Runtastic近日面向头戴式显示装置OculusRiftVR开发了一款软件,这款软件可以让用户从事时长7分钟的真正锻炼,同时他们还仿佛置身于虚拟环境中。一旦安装了该软件,用户可以做下蹲、弓步、瑜伽以及Run-tastic的标准化7分钟锻炼,而且他们都是在沉浸于一个虚拟环境中完成这些活动的,这种锻炼方式旨在让用户在地下室、宾馆房间或是办公室健身的时候,脑海中能产生超越这些现实场地的美妙场景。 



    该软件早期版本植入的场景包括景色优美的山坡、沙滩别墅以及虚拟“黑洞”(听上去很可怕,但实际上非常有趣),它还能充当电影院的作用,用于播放具有锻炼演示内容的Run-tastic健身视频。应用内的虚拟教练还能捕捉Runtastic专业教练生成的动作,进行有益于用户的锻炼指导。 

    虚拟现实技术除了可以为用户模拟各种景色优美的训练环境,让你更乐于锻炼,还能把数据库中的各种数据变为你的私人教练,锻练前你只要告诉系统你今天想要锻炼的方式或是锻炼目的,例如,我今天想把啤酒肚减一减,系统就会为你虚拟出一套训练方案,并且在你锻炼的过程中,不断地帮你纠正。

    电影“规则”重写,影院或将消失

    VR的应用场景有很多,远程旅游、远程医疗、远程教育、仿真训练、游戏娱乐等等,“看电影”当然也是其中的一个应用场景,而且看起来看VR电影在厂商们的商业策略里都不约而同地排在了最前端。 

    早些时候,Oculus放映了其第一部由其内部团队OculusStoryStudio制作的电影《迷失》(Lost)。据报道,该片片长不定,可以是三分半也可以是十分钟——取决于观众的选择。 

    在追光动画的《小门神》预告片发布会上,追光为参会人员提供了特别的VR版本的预告片体验。通过OculusDK2来观看追光专门为此制作的特别版预告片。预告片片长90秒,其制作周期超过2个月。 



    在专业人士看来,制作VR电影,最大的难度不在于技术上,而在艺术上。以《小门神》为例,因为全景本身的宽广视域,为了不让观众产生眩晕感,设计团队在故事里设置了注意力的“线索”——通过人物的行动和声音的位置来“牵引”观看者线性地发展剧情。美中不足的是,被镜头“拖拽”进火炉的那段,当火焰扑面而来时,VR“沉浸”带来的人体前庭官能认知错觉引发了一定的眩晕感——有些观众确实在这个部分感到不适。 

    暴风魔镜的《成人礼》的拍摄使用的是安防用的360°“全景”摄像头拍摄制作,通过各个“平面”的摄像头拼接而成的全景,但叙事仍然是线性的,缺乏交互。暴风魔镜今年会采购至少500台这样的设备,这些设备一部分暴风自己的团队会去拍摄,另一部分会交给外部团队去拍摄,他们不仅要让海量用户不断测试设备,也要让“海量”的制作者去不断测试和发掘VR的创作新观念和新方法。 

    3D电影和IMAX电影的革新仍然是围绕着平面银幕展开的,而VR电影将是一次革命性的再创造。不仅仅是电影拍摄、创作上的新征途,观影的方式和场景也会因此发生巨大的迁移——人们可以戴上VR眼镜将自己置入虚拟的影院场景内,不论是熟人社交还是陌生人社交,都可以在同一个虚拟影厅内通过包括VR眼镜和语音设备、体感设备等实现。影院的社交功能如果被VR设备代替,而VR设备的视听体验又会因为沉浸感更强于影院的话,影院会消失就不再只是危言耸听了。

    虚拟现实在医学中的应用

    作为一名外科医生最核心的价值在哪里呢?很有可能就是丰富的临床经验,当然对于内科大夫也是一样。一个新手外科医生成长为专家不仅仅需要时间的积累,还需要一床床的手术积累。新手医生希望完成更多的手术来提高自己的水平,而患者则希望找个专家来做手术,这就形成了一种矛盾,虚拟现实技术让这种矛盾有了一种释放的方式。新手医生可以在虚拟系统里练习手术或更大规模上进行微创手术。外科医生也开始使用他们的虚拟模型患者,在实际手术之前进行练习。 



    虚拟现实解决方案还可帮助医护人员与患者更有效地互动,提高医生评估和诊断病情的能力,同时患者也可以及时得到治疗,有利于患者康复。VR解决方案体现出来的优势在神经心理学、心脏移植、耳鼻喉科、脊柱骨科、儿科等专业领域尤为突出。 

    这项新技术对于有经验的外科医生及其他专业医护人员来说,最关键的挑战是:适应。在为医疗行业设计和施行虚拟现实模拟时,依照某种模式进行是一种行之有效的方法,它不仅让人们明白虚拟模拟的设计过程,还告诉人们如何操作VR解决方案。

    头戴VR设备的3个技术方向

    从上面对于虚拟现实技术的种种描述中,提到最多的关键设备就是头戴VR设备,是的,这就是欺骗你眼睛的那个家伙,从目前的技术角度来看,头戴VR设备主要有3个发展方向。 

    1.以Oculus为代表的电脑连接式头戴VR设备 

    它们事实上就是HMD(HeadMountedDisplay,头戴显示器),可以称作为“VR头戴显示器”。HMD发展至今大约已经50年了,最早从美国军方就已开始。蚁视头盔即与Oculus非常相似,与电脑连接,由电脑进行运算和渲染再将影像传输至头盔内的屏幕上。 

    2.以三星GearVR、GoogleCardBox为代表的方式 

    这种方式利用的虚拟源是手机,它为用户提供了一个插手机的“VR手机盒子”。事实上就是一套光学系统嵌在一个塑料或纸盒子里面,插入智能手机观看。蔡司VR、暴风魔镜和“蚁视机饕”均是此类手机盒子。 

    3.独立的“VR智能眼镜”

    以虚拟世界与IDEALSEE的头戴VR产品为代表的此类设备内置了完整的计算、存储、通信、交互模块,可以独立使用,不需要连接电脑或手机。

    VR技术那么好,为何历经近50年还未爆发

    其实VR技术最早应用于军事领域,你是不是看到过很多空军飞行员在模拟机上,戴着头盔和敌机激烈对抗的场景,其实这就是虚拟现实技术的一种。从军用领域迁移到民用领域,传感/跟踪和渲染在技术上其实基本上已不成问题了,特别是渲染——大型主机游戏厂商的渲染引擎足以应付在“HMD”VR设备上实现极佳的渲染效果,而手游厂商的渲染引擎也当然可以赋予“VR手机盒子”优质的渲染效果。

    真正的难题来自显示,主要是生产制造上的瓶颈,即成本控制以及因为成本控制而必须面对的极致体验的“牺牲”。

    1.屏幕分辨率:2.5K是目前手机屏幕的极限

    例如屏幕分辨率,显而易见,该指标的高低直接决定了用户能看到的画面的清晰度。由于无论是哪种头戴式VR设备考虑到贴近眼睛所需的显示屏面积实际上与手机屏相当,因此消费级VR设备厂商们均是采购手机屏幕——在供应链管理上,手机屏能够有效控制成本,并保证良品率。但是手机屏目前能够量产的最高分辨率是2.5K(2560x1440或2560x1536),能够配置到2.5K屏的手机现在有三星S6edge、三星NOTE4(GearVR目前只适配该机型)、小米NOTE高配版、OPPOFIND7等。

    华为手机的掌舵人余承东曾经批评国内手机厂商过于迷恋屏幕分辨率的不断提升,在其微博上表示“对于6英寸以下,人眼几乎无法区分1080P和2K”,并指出由于屏幕分辨率的提升会导致手机续航能力的下降,从而令手机“体验很差”。但当用户一旦接入到VR显示屏上,无论是“HMD”还是“VR手机盒子”,1080P的“低分辨率”体验会给VR体验带来很大的折扣。屏幕被眼睛一分为二后,视觉上可以感受到的分辨率被拦腰“降低”到了960x1080。

    “原来说2K到4K没必要了,但在VR上我们眼睛一切就切了一半,再做全景又切了四分之一,相当于直接给你六倍、八倍下去了,所以4K当然需要了,甚至8K也需要了。”暴风魔镜的冯鑫相信由于VR的需求,手机屏幕还将不断地挑战更高分辨率。

    2.静态水平视场:沉浸感的关键

    另一个技术上的难题是超大视场(FOV,FieldofView),这个决定了你能否体验到真正的VR沉浸感,能否感觉自己真正置身于虚拟的场景之中。视场又有静态视场和动态视场之分,动态视场是指戴着VR头盔在转动头部的时候所能观察到的视场大小,一般动态视场都可以基于陀螺仪等传感器而做到360°全球面。静态视场是指头部不转动时仅靠人眼所能自然观察到的视场大小,这才是“欺骗”人眼获得沉浸的VR体验的关键。静态视场中又可分为水平、垂直和对角三种,由于各家光学镜片的形状不同,VR领域中的视场一般指静态水平视场。

    据称索尼即将于2016年发布的新一代ProjectMor-pheus的视场为100°,OuclusDK2的官方数据也是100°,国内的蚁视头盔与Oculus相比视场略小一点。而评测数据显示,OculusDK2的实际视场其实只有81.46°。

    目前科学已知的人眼双目重叠水平视场为120°。虚拟现实技术之后对视场的扩展,会不断逼近120°,在此过程中每多增加1°的扩展都会带来成本的大幅增加——视场角增加的边际成本递增,而边际效用则是递减,而人的注意力覆盖主要是在视域范围的五分之一。

    在人机交互方面,除了蓝牙手臂/手枪之类在技术上已十分成熟的外设外,基于结构光或力反馈的手势识别已经足够成熟,最新的语音识别也已可以在这类系统中使用。

    内容生态决定谁能笑到最后

    消费级VR的硬件设计和生产已经涌入了全球大量的竞争者,竞争的着力点一方面看谁能够把硬件的供应链瓶颈突破,从而将硬件体验跃升到新的高度之外,另一方面则是看谁能够更好地构建起一个源源不竭的内容生态——没有内容支撑的硬件,会很快退出历史舞台,即便它有更好的体验——譬如当年在高清DVD(HD-DVD)的格式角逐上,东芝最终败给了索尼,恰是因为前者在对好莱坞六大片源角逐上棋差一招,最终满盘全输。

    1.OculusPlatform(内容商店):苹果模式

    Oculus在内容生态的运营上比较相似于苹果,有自己的Oculus内容商店OculusPlatform。Oculus的Rift以及三星的GearVR都是在Oculus自己的商店上购买内容。苹果模式的好处不难理解,最大化地适配自家的硬件,能够提供内容与硬件匹配的极致用户体验,最优地呈现硬件的性能。Oc-ulus的“苹果模式”还构建了一个健康的商业模式,好的用户体验才能说服用户付费购买内容,而持续的用户付费才能说服版权方依照Oculus的开发标准制作/提供优质内容。

    2.暴风魔镜:小米模式

    在互联网科技行业打拼多年的冯鑫,深知在这个时代与其卖硬件不如在未来卖内容更具有高成长性。因为暴风影音的成熟积累,为暴风魔镜提供内容库或许更为理所当然。在目前暴风魔镜的VR市场(内容商店)里,绝大部分内容都是免费的。为了让用户有“不竭”的内容,暴风影音的片源作为“在线视频”(魔镜App里的功能)可以平移到暴风魔镜上,通过类似3D分屏转制的方式实际上可以平移整个暴风影音拥有的片库。暴风魔镜还组建了国内第一支全景视频拍摄团队,目前VR市场内已经有国内第一部VR故事短片《成人礼》(片长约3分钟),有国内第一部第一人称网络自制剧《卡拉看世界》,以及大量的全景图片、全景视频短片及全景游戏。

    冯鑫为暴风魔镜打造的模式与小米极为相似,用最低可能的售价快速积累用户。目前魔镜Ⅱ代的售价仅为99元,截止到2月28日,暴风魔镜已拥有21万用户——魔镜Ⅰ代出货10万台,Ⅱ代订购数超过11万台,已出货5万台。这么庞大的用户数量,对内容生态的挑战是巨大的,冯鑫目前给出的适配标准是“市面上1999元以上的手机”,在这个价位上的大部分手机都能顺畅地通过暴风魔镜体验其内容商店上的电影、全景视频、全景图片及游戏。

    3.蚁视科技:尴尬的宏愿

    蚁视目前在内容的支持上相对GearVR的背靠“大树”以及暴风魔镜的“海量”资源确实显得单薄——没有自己的内容商店,仅依靠3D分屏软件去支持其他3D电影的本地视频文件。蚁视团队正在开发一款全景射击游戏,支持蚁视头盔,从目前的版本,有一定的全景体验,但效果仍然“差强人意”,蓝牙枪杆的位置定位和触发的视听触三觉体验生涩。

    VR技术发展的突飞猛进,令人倍感兴奋,但其潜伏的危险在未来亦将逐渐蔓延。沉溺虚拟世界或许会带来致幻的精神催眠,《盗梦空间》内即有一段情节描述了在一个地下室,很多人通过药物令自己沉浸梦境逃避现实;另外沉浸的感官体验当然也会令暴力影片泛滥,更便于恐怖分子在虚拟空间内完成军事作战训练(游戏的VR化已经达到相当仿真的程度了),所以我们相信,在VR技术成熟之时,它也会受到更多来自社会的限制。

标签:眼镜
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