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虚拟现实热点技术流行路线图
2015年12月10日    评论:    分享:
    来源:第三维度
    作者:王逍

    转载请注明本文出处和原文链接,并保持文章完整性

    如果问2015年全球科技领域最热门的的词汇是哪个,我想应该非“虚拟现实”莫属。点燃这个热点的是 FaceBook 收购 Oculus VR,其实之所以这次收购如此刺激人的眼球,并不是收购本身,而是收购的价格——20亿美元!我们不得不承认,不论是在营销宣传还是资本运作方面,FaceBook是成功的。

    本文并不是要深入挖掘这次收购的内幕,而是根据笔者接触虚拟现实近8年的时间里接触到的行业资讯、业内动态,盘点一下近些年曾经流行过的热点技术,也算是对8年来运营第三维度(D3Dweb.com)虚拟现实行业门户的一个总结吧!

    1、2008年—Web3D 技术

    2008年正是笔者接触虚拟现实的开始,让笔者进入这个领域的第一个概念就是Web3D技术。记得当时第一次知道可以在Web3D技术中,和很多刚刚进入这个领域的爱好者、之前的3D设计人员等一样,在市场应用方面充满各种设想。通过追溯一些专业文献中的内容,其实当时Web3D技术已经发展至少有10年的历史,好像随着互联网的流行,这种在web浏览器中心显示、运行3D场景的技术就成为技术人员追求的目标。

    当时,国内外很多公司都推出了Web3D引擎,国外产品包括Quest3D、TurnTool、 Cult3D等,国内有Webmax、Vrp3D、Converse3D等,同时很多站在技术前沿的很多大公司也在通过自己的技术平台,开发相应的Web3D 开发环境,如基于当时 Macromedia公司  Flash技术,允许技术人员通过Flash的脚本实现 3D 环境开发的SDK;SUN 公司在Java 基础上扩展三维图形应用编程接口,利用Java 3D提供的API,可以编写出基于网页的三维动画、各种计算机辅助教学软件和三维游戏等等。这些产品技术的共同点就是需要浏览器安装相应的第三方插件才能运行。


国内某公司基于web3d的产品展示

    当时应用比较广泛的是 VRML 技术。VRML是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言,也具有平台无的特点。VRML是一种国际标准,其规范由国际标准化组织(ISO)定义,本质上是一种面向web,面向对象的三维造型语言,而且它是一种解释性语言。VRML历史可是追溯到1993年,在后来的发展过程中SGI、Sun 、IBM、Apple等公司都在不同程度上参与了其发展和标准制定,这些都使VRML一度成为Web 3D开发和应用的标准。

    2010年,Khronos Group((科纳斯组织) 公开发布了WebGL Web3D图形规范,这种绘图技术标准允许把JavaScript和OpenGL ES 2.0结合在一起,通过增加OpenGL ES 2.0的一个JavaScript绑定,WebGL可以为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染,这样Web开发人员就可以借助系统显卡来在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型了,还能创建复杂的导航和数据视觉化。目前WebGL标准已出现在Mozilla Firefox、Apple Safari及Google Chrome等浏览器中。

谷歌 Chrome 浏览器中支持 web GL 三维绘图

     2、2009年—Unity3D 引擎

     早期的Unity3D一直运行在Apple Mac OS X 系统上,直到2009年 Unity Technologies推出了windows 版,一时间被国内开发人员熟知。严格的说,Unity3D ,是一个全面整合的专业游戏引擎,因为其在发展过程中不断增加对虚拟现实应用的支持和扩展,在虚拟现实领域同样形成了不可替代的地位。

     2010年11月高通公司宣布其Unity增强现实(简称AR)软件开发包上市。高通的Unity AR软件开发包让开发者采用Unity的开发工具迅速创造增强现实应用程序。高通的AR Extension for Unity是其AR平台的一部分,利用计算机视觉技术将图形与现实世界中的物品坚实的联系起来。

     2011年2月, Mechdyne和Unity公司宣布:Mechdyne开发完成的“Unity getReal3D” 插件正式扩展到Unity3D开发平台,Unity的功能扩展,可以产生更逼真的三维场景、更逼真的模拟训练环境。Unity getReal3D,是一个可以在Unity环境下运行的插件,支持3D立体、多通道视频、观众为中心的视景(头部跟踪),并可以捕捉处理用户互动。这些技术给采用Unity平台进行虚拟现实模拟仿真项目带来了更加真实的现场体验。

Unity推出多通道3D立体开发插件
Unity getReal3D 多通道立体显示

    2012年,Total Immersion公司宣布,发布针对Unity 3D引擎的AR(增强现实)开发插件 D’fusion。这次Unity 3d融合的D’fusion将可用于IOS(苹果系列操作系统)和Windows,让开发商有机会开发身临其境的AR(增强现实)游戏体验,对并在他们的首选平台上部署。

D’fusion推出unity测试版本

     提到Unity3D之前不得不说说Virtools。2004年 法国 Virtools公司推出了Virtools Dev 2.1实时三维互动媒介创建工具,Virtools制作具有沉浸感的虚拟环境,它对参与者生成诸如视觉、听觉、触觉、味觉等各种感官信息,给参与者一种身临其境的感觉,在当时是一种新发展的、具有新含义的一种人机交互系统。在发展之初,Virtools随即被引进到中国台湾地区,并在台湾地区得到迅速发展,并引进到中国大陆。该公司及产品于2005年被达索收购。从2006年起Virtools更名为3DVIA Virtools,成为达索3DVIA品牌越来越不重要的一部分,并于2010年初被达索淘汰。



    另外早期被称为“虚拟现实引擎”还有一些重量级的开源平台,如OSG(Open Scene Graph)、Vega Prime等。

    在OSG相关扩展中,最引人注目的是osg Earth、VPB与osg Ocean,它们可以帮助开发人员完成一个功能强大且完善的三维地形展示系统,osg Earth功能类似于Google Earth,且地形的实时生成效率可媲美GoogleEarth。osgOcean是OSG的扩展海洋模块,特点是可以逼真地仿真大面积水域,也可以在此基础上做二次开发。



    VegaPrime 基于VSG 平台场景图形API,包括Lynx Prime GUI (用户图形界面)工具,让用户既可以用图形化的工具进行快速配置,Vega Prime 中的LADBM(大面积数据库管理)模块使用MetaFlight来确保海量数据以最高效率、最先进的的方式联系在一起。Vega Prime 还设计了多种功能增强模块,和Vega Prime 结合在一起,更进一步提升了应用开发的效率和适用性。

    3、2010年 — 3D立体视觉

    随着2009年12月一部叫做《阿凡达》的全3D立体电影的上映,3D立体视觉呈现成为当时最流行的技术热点。在此之前,很多技术公司都已经实现了立体拍摄、播放和后期制作等相关技术,但是直到该片上映,才让人们相信,现在的技术可以让观众在电影院里面忍受2个多小时而不出现大范围眩晕和不适,以至于2010年被业内称为3D立体元年。 之后3D立体拍摄、后期制作和播放系统都走向成熟,以至于目前的电影市场中,随便就能拍摄一部3D片。
垂直式双机立体拍摄摄像机组

    在此之前,众多公司参与研发立体显示技术,如平达(Planar)立体显示器、True3Di立体显示器、ZALMAN立体显示器,iz3D立体显示器等等。有些技术不仅仅支持3D视频播放,甚至通过对DirectX底层扩展,将原有的3D游戏重新生成另一只眼睛的视觉,达到真实立体显示的游戏效果。


平达(Planar)立体显示器

    在此期间,立体投影技术也大范围流行,各个厂商都推出里各自的主动或者被动式立体投影解决方案,这一点在2010年的上海世博会上,被展示的淋漓尽致。

    之后就是家用电视领域,几乎每个厂商都会生产带有3D功能的电视。
    
   4、2011年—Kinect体感外设
   
    Kinect是微软在2010年对外发布的体感周边外设,11月4日在北美发售。最初的Kinect运行在XBOX 360游戏平台上,后来提供 windows 开发 SDK,让 Kinect 成为虚拟现实系统用户交互中便捷、高效、低成本的设备(之前大部分工作需要动作捕捉设备完成)。Kinect是一种3D体感摄影机,同时它导入了即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识等功能,不需要使用任何控制器,依靠相机捕捉三维空间中用户的运动。



    随着 Kinect的推出,“体感”这个词汇成为当时比较热点的技术词汇。其实在此之前,国内很多公司已经采用红外反射热点跟踪技术,实现了一些简单的位置跟踪和动作识别,但是与Kinect最大的不同是,前者是只能识别2D平面上的运动,而后者则是可以识别三维环境下的用户运动,这一点与动画制作中的动作捕捉技术非常类似,当然在精度上两者还是有一定差距。

    后期,2012年10月 微软发布了手指运动3D追踪器Digits。 2013 度微软技术节(TechFest 2013)对外展示了带真实触觉反馈技术的立体显示系统,系统包括带有机械臂的触摸屏,3D视觉效果、力传感、深度运动运算的应用程序,支持多点触摸屏互动,有灵敏的的响应能力,而且可以平稳向前和向后运动。SIGGRAPH 2014 微软发布实时头发动态运动捕捉和三维重建系统。

   英特尔公司也参与类似技术的研发和跟进,2014年10月英特尔发布了基于Windows 8操作系统“实感”技术。英特尔® 实感™ 技术提供了业界第一款且是尺寸最小的PC端集成式前置3D摄像头,并提供了软件开发工具包 (Intel® RealSense™ SDK,简称SDK)。它的功能强大,RGB分辨率为1080P,深度分辨率达到VGA,功能上囊括了手势识别、3D脸部识别、3D增强现实、语音识别、Unity工具集、物体追踪、表情侦测、背景移除、浏览器支持等。功能与性能都为业界领先。


英特尔® 实感™ 技术

     5、2012年—3D 打印

     3D打印技术出现在20世纪90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。在国内流行起来是因为央视新闻中报道了一则 3D打印枪支的新闻,因为任何人都可以实现在家里打印一把可用的枪支可能性,为这一革命性技术敲响了警钟。

     随着技术的成熟,3D打印的性能不断提高的同时,成本也越来越来越低。2011年,个人使用3D打印机的速度已突破了送丝速度300mm每秒的极限,达到350mm每秒。在体积突破上,3D打印机体积为适合不同行业的需求,也呈现“轻盈”和“大尺寸”的多样化选择。

     3D Systems 公司是 3D 打印领域的龙头企业,过去近 20 年,3D Systems 都保持着在手术方案规划和个性化医疗解决方案领域的前沿位置。公司通过并购 Medical Modeling、Simbionix 和 LayerWise,强化了 3D 医疗类产品组合,大大提升了个性化手术、个性化医疗和牙科器件的服务能力。公司提供的医疗健康解决方案包括手术虚拟和训练用的虚拟手术计划(VSP®)和 3D 打印解剖模型、手术器械和医疗设备的端到端服务。


    之前国内很多专业机构也在引进国外的3D打印技术,近些年,国内几家公司也推出了各自的产品和服务,如杭州捷诺飞生物科技有限公司的Regenovo Bio-Printer 生物3D打印机,能在用户自由设计或由医学影像数据重建的三维模型指导下,将生物材料/活细胞3D打印成型。四川蓝光英诺生物科技股份有限公司在猪身上实现世界首例3D打印人工心脏全新置换手术。


Regenovo Bio-Printer 生物3D打印

    我国 3D 打印技术研究开始于 20 世纪 90 年代初,经过多年发展,2012 年国内的 3D 打印市场规模约为 10 亿元,2013 年则突破 20 亿元,2014 年,中国 3D 打印市场规模约达 46.5亿元,预计未来几年仍将保持 40%左右的增长速度,到 2018 年有望突破 200 亿元。

    6、2013年— Google Glass

    谷歌眼镜(Google Project Glass)是由谷歌公司发布的一款“增强现实”眼镜,它具有和智能手机一样的功能,可以通过声音控制拍照、视频通话和辨明方向,以及上网冲浪、处理文字信息和电子邮件等。谷歌眼镜实际上就是微型投影仪+摄像头+传感器+存储传输+操控设备的结合体。


谷歌眼镜

    然而到2014年,因为又贵、又不好用、还牵涉隐私问题,诸多媒体批谷歌眼镜没有未来的问题,曾一度成为被全世界所膜拜的神器,也走到了被科技媒体一致吐槽的地步。2015年1月19日停止了Google Glass的销售,并关闭了Explorer项目,将谷歌眼镜项目从Google X研究实验室拆分至一个独立部门。

    谷歌眼镜本质上,是一种将虚拟世界和现实世界连接器,将虚拟投射到现实,将现实记录到虚拟,这在诸多科幻电影中展现得淋漓尽致。目前的版本可能还存在诸多问题,但是我想这个方向是正确的。随着智能硬件的发展,谷歌眼镜发展之路存在无限可能。  据悉谷歌最近又有消息爆出,新团队接收后正在开发第二代Google Glass,且新一代产品或于2016年面世。

    类似产品还有2013年5月推出的 Recon Jet增强现实眼镜,  Recon Jet与Google Glass的相同之处包括:都是基于AR技术,通过一侧眼睛旁的一块小屏幕显示信息,可以连接到你的智能手机上,显示地图、推送信息,可以拍照和摄像,都是通过侧面进行触摸操控。不同之处也相当明显:二者在设计理念上存在着较大的差异,从外观看,Recon Jet看起来更像是一副富有现代感的太阳镜(类似斯瓦辛格终结者的升级版)。


Recon Jet

    另外一款当然是微软的HoloLens,微软此前对于HoloLens的绝妙演示令人们对这款产品十分期待。该项目负责人艾利克斯•基普曼(Alex Kipman)是2013年底开始率领一支团队集中精力研发运行Windows系统的可穿戴设备,这个项目一直在机密的实验室中酝酿,甚至很多微软员工都不知情,神秘性堪比Google X实验室。HoloLens能够以一种前所未见的方式,将交互式数字图像叠加到现实世界中。微软将在2016年初首先让开发者获得HoloLens,然后在接下来几年时间内再利用新开发的软件改进该设备。微软将与特定行业合作测试HoloLens。美国宇航局、医生或许会成为HoloLens的早期试用者。

    7、2014年 — Oculus VR

    Oculus 最大的成功之处就是直接叫“虚拟现实眼镜”,按理说作为一款显示设备(略带一些简单交互),在整个虚拟现实系统中仅仅是提供视觉呈现的一部分,包括图形渲染、数据处理、复杂交互等都需要其他的支持,而且整个过程中的技术含量要远远高于所谓的虚拟现实眼镜。但是随着FaceBook的资本介入和市场运作,“虚拟现实”在全球范围都火了起来!

    类似 Oculus VR 的技术之前叫做头戴式显示器((HMD:Head Mount Display),也分为2D和3D显示方式。在此之前,因为很多智能硬件集成技术还不够成熟,位置跟踪、头部动作捕捉等需要加装各自硬件和软件接口才能实现,所以比较复杂的系统中,看起来比较复杂。


Virtual Research VR1280 立体头戴式显示器

    之前的类似产品Vuzix、Trivisio、NVISor、Liteye、5DT 等。随着智能硬件集成技术的成熟,一部手机就能集成GPS、陀螺仪、显示、网络通信等功能,这样就使原来的头戴式显示器进行简化,Oculus VR 正式在这个背景下诞生的。

    随后,国外各大公司都推出了类似产品,包括谷歌 Cardboard、三星 GearVR、索尼HMZ等。微软近期也推出了纸壳版的虚拟现实眼镜——VR Kit。国内跟风、山寨的也可以说是大有人在,知名的包括暴风魔镜、HTC Vive 等。在笔者看来,这次热点对于行业内最大的收获一个是让“虚拟现实”这个概念进入到更多普通群体的知识范畴,另外一个就是把原来只有在专业领域才能接触到的技术、产品转化到消费市场。


微软 VR Kit

    8、2015年 — 神秘的 Magic Leap

    2015 年可以说之前的热点一直在延续,如果说有什么比较让笔者感兴趣的就是 Magic Leap。这家叫 Magic Leap的公司也推出了类似微软 Hololens 的产品,与微软不同,据说 Magic Leap可以实现裸眼3D全息视觉,并且效果非常出色。只是这家公司一直刻意保持着对外界的神秘感,到目前为止,还没有人能够一窥其产品的真容,仅仅发布了几段宣传视频。

Magic Leap宣传图

     查了一下资料,发现Magic Leap是一家好莱坞的公司,最近好像也一直在做各种融资和资本运作。类似的这种信息在国内各种转发,甚至传言阿里集团要投资2亿美元。看来中国经济的发展,真的让全世界的目光都聚集到中国资本身上。

    9、2016 — 感觉反馈?思维控制?真三维全息?

    很多媒体把未来的2016年成为“虚拟现实元年”,大部分的依据就是“虚拟现实眼镜”的层出不穷和资本市场的繁荣。而在笔者看来,作为一种显示技术,头戴式显示设备因为其中的技术弊端和应用局限,应该不会在很长一段时间内保持热度,目前热度的合理解释在笔者看来主要是因为其对于普通消费者来说概念新颖、成本低廉。

    而随着技术的发展,新技术还会不断呈现,那么接下来的热点会是什么呢?

    感觉反馈一直是虚拟现实系统中用户交互的难点之一。之前已经有过力反馈设备,可以模拟几何形状的碰撞反馈,对于大部分情况来说,这显然是不够的。人的触觉还包括冷热感知、材质感受等。目前已经有几家公司在研究开发更加细腻的感觉反馈系统,如德国SAP软件公司研发的 Impacto电磁刺激模拟冲击、撞击力反馈设备、美国伊利诺伊大学基于新型纳米电路研发的具有感觉反馈的电子皮肤等。

美研发新型纳米电路,可制作带有感觉的电子皮肤
美国伊利诺伊大学电子皮肤

    思维控制是通过处理脑电波处理、分析解码,实现计算机信号输入,已达到控制电脑的目的。目前 Mind Maze 公司、英国的Master Mind公司等已经研发了相关产品的雏形。国内北京信息科技大学研发的“脑电波电动轮椅”,解放军信息工程大学研发意念控制机器人等,都在这个方向上取得了一定的成果。


解放军信息工程大学研发意念控制机器人

    真三维全息技术一直被业界称为显示技术的“终极目标”,在很长一段时间里,这种技术一直停留在科幻电影当中。而现实中,这种技术已经有了一定的雏形。如近期,由LG Display公司领导ETRI科技研发小组就制作了世界首个3D彩色全息图。此次制作的3D彩色全息图是真正的全息图,而不是目前市场上将2D图加入3D效果的伪全息图。该技术是通过强大且高速的激光制成。能够通过激光衍射快速创建3D全息对象,并通过元激光之间的干扰产生颜色。国内北京理工大学研发了一种通过光学透镜、反射镜实现的全息技术,可以说这个技术在给人的视觉感受上,图像本身和显示介质已经剥离开来了,不用带眼镜就能形成真三维的3D图像。当然这种技术目前还有一定的局限性,比如全息图只有3英寸大,且需用运用复杂的激光系统。


LG ETRI科技研发小组制作的世界首个3D彩色全息图—浮动魔方

    写在后面

    虚拟现实技术(VR)从概念提出到现在已经有几十年的历史(其实和计算机本身发展历史差不多),有很多技术在当时看了非常新颖,但是其中有的流行一段时间就被淘汰,有的在今天看来又是那么普通平常。但是可以肯定的是每一种新技术的出现都会给行业发展和从业者借鉴和警示。本文仅仅通过笔者进入行业的几年时间接触的资料进行盘点,其中必有纰漏之处,欢迎大家批评指正!

标签:第三维度王逍虚拟现实
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