VR、AR與MR的發(fā)展歷史以及商業(yè)應(yīng)用實(shí)例

起床、刷牙、穿衣服、上班，這是現(xiàn)實(shí)。想象您自己變身為《鋼鐵俠》里的托尼·史塔克或《蝙蝠俠》中的小丑，這就是虛擬現(xiàn)實(shí) (VR)。

VR技術(shù)的進(jìn)步讓人們可以用一種前所未有的方式在計(jì)算機(jī)生成的環(huán)境中創(chuàng)造、娛樂、工作、協(xié)作和探索。VR技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，但直到最近幾年，這項(xiàng)技術(shù)才成為娛樂業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

現(xiàn)在，勾勒一個(gè)英雄，并將該形像安置在您所處的空間中，這就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR)。經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，AR仿佛在一夜間風(fēng)靡全球。精靈寶可夢(mèng)GO（Pokemon Go）的熱潮讓這一日本流行的交換類兒童卡牌游戲走上街頭，隨后數(shù)十個(gè)游戲都將這種“魔法”技術(shù)與現(xiàn)實(shí)世界相結(jié)合。

Apple公司2017年推出了一套開發(fā)工具ARKit，開發(fā)人員能夠借此創(chuàng)建移動(dòng)AR內(nèi)容，也鼓勵(lì)更多公司在iOS 11平臺(tái)上構(gòu)建AR體驗(yàn)。這被視作AR崛起的另一標(biāo)志。微軟的HoloLens和Magic Leap的Lightwear都能夠讓人們享受全息體驗(yàn)，成為開創(chuàng)性頭戴式顯示器領(lǐng)域的兩大重要產(chǎn)品。

Magic Leap Lightwear

這不僅是娛樂和游戲，同時(shí)也意味著巨大的商機(jī)。IDC 研究人員預(yù)測(cè)， 2021年全球AR和VR產(chǎn)品和服務(wù)的支出將從2017年的114億美元激增到2150億美元。

除了VR和AR，混合現(xiàn)實(shí)(MR)也在飛速發(fā)展之中。致力于MR研究的開發(fā)人員正將VR和AR的特點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)世界相結(jié)合，以提供混合體驗(yàn)。設(shè)想另一種VR情景：您可以被瞬間傳送至夏威夷的沙灘椅上，腳踩沙粒，手捧雞尾酒。無需經(jīng)歷漫長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)艙飛行體驗(yàn)，而是直接被傳送到島嶼上。但現(xiàn)實(shí)中您并沒有真的在那里。

在混合現(xiàn)實(shí)中，您就可以擁有這樣的體驗(yàn)。比如在前往夏威夷的航班上體驗(yàn)夏威夷沙灘的例子：您坐在前往夏威夷的航班上，當(dāng)您移動(dòng)時(shí)，航班座椅仿佛嘎吱作響的沙灘椅，真實(shí)的空乘員為您送上一杯雞尾酒，腳底輕觸地板上的沙粒，體驗(yàn)沙灘般的感覺。

VR 技術(shù)解析

VR的概念可以追溯至20世紀(jì)30年代的文學(xué)作品中。在20世紀(jì)50年代，電影制作人 Morton Hellig提出了“體驗(yàn)劇場(chǎng)” (“experience theater”)，隨后發(fā)明了叫作Sensorama 的沉浸式視頻游戲機(jī)，供人們觀看體驗(yàn)。1968 年，開創(chuàng)性的時(shí)刻到來，Ivan Sutherland發(fā)明了第一個(gè)頭戴式顯示器。

Sensorama

自此，VR發(fā)生了巨大變化。消費(fèi)級(jí)VR頭戴式顯示器實(shí)現(xiàn)了突破性的進(jìn)展。光學(xué)、追蹤和GPU 性能的技術(shù)突破也促進(jìn)了VR的發(fā)展。

隨著Facebook的Oculus、HTC、三星、索尼和許多其他公司的新型頭戴式顯示器的用戶體驗(yàn)得到改善，過去幾年消費(fèi)者對(duì)VR的也興趣大大提高。然而，計(jì)算機(jī)生成的沉浸式 3D環(huán)境對(duì)人們來說不僅僅是擁有了時(shí)髦的VR眼鏡。

迄今為止，包括每秒提供足夠的幀數(shù)并減少延遲（即用戶移動(dòng)頭部時(shí)造成的延遲），始終保持平穩(wěn)、減少引發(fā)暈動(dòng)癥情況等難題已經(jīng)基本攻克。

VR對(duì)圖形處理的要求極高——比電腦游戲的要求還要高7倍。如果沒有快速呈現(xiàn)圖形的極速運(yùn)轉(zhuǎn)的GPU，人們將不可能享有如今的VR體驗(yàn)。

軟件也發(fā)揮了重要作用。例如，借助NVIDIAVRWorks軟件開發(fā)套件,頭戴式顯示器和應(yīng)用程序的開發(fā)人員可實(shí)現(xiàn)VR的最佳性能和最低延遲，而且即插即用。VRWorks可集成于Unity和Unreal Engine 4等游戲引擎中。

當(dāng)然，VR尚有潛力未充分挖掘。如今，肉眼仍能發(fā)現(xiàn)VR渲染中的瑕疵。

聚散調(diào)節(jié)沖突，《Journal of Vision》期刊

部分專家認(rèn)為VR技術(shù)的發(fā)展將會(huì)超越人類認(rèn)知水平，大約十年內(nèi)，其性能將會(huì)實(shí)現(xiàn)飛躍性的進(jìn)步，達(dá)到如今的200倍。同時(shí)，NVIDIA研究人員正致力于提升用戶體驗(yàn)。

一項(xiàng)名為中心凹形渲染 (foveated rendering) 的技術(shù)降低了傳遞到敏感度較低的視網(wǎng)膜邊緣的圖像質(zhì)量，同時(shí)提高了傳遞到視網(wǎng)膜中心的圖像質(zhì)量。這一技術(shù)作用非凡，與眼動(dòng)追蹤相結(jié)合，能讓處理器確定最清晰的觀看區(qū)域。

VR的技術(shù)障礙

每秒幀數(shù)：虛擬現(xiàn)實(shí)要求每秒高達(dá)90幀的處理速度。因?yàn)檩^低的幀速率會(huì)導(dǎo)致肉眼可見的移動(dòng)滯后，可能會(huì)讓人產(chǎn)生嘔吐的感覺。NVIDIA GPU利用比肉眼可以感知的更快速度渲染來實(shí)現(xiàn)VR。

延遲：VR的延遲是指動(dòng)作開始和電腦呈現(xiàn)的視覺圖像之間的時(shí)間差。專家認(rèn)為 VR延遲率應(yīng)達(dá)到20毫秒以下。NVIDIA VRWorks是VR頭戴式顯示器和游戲開發(fā)人員的軟件開發(fā)套件，可以解決延遲問題。

視野：在VR中，創(chuàng)造身臨其境的感覺非常重要。視野是特定的VR頭戴式顯示器所能提供的視角。例如Oculus Rift頭戴式顯示器可以提供110度視角。

位置追蹤：為了營造身臨其境的良好VR體驗(yàn)，需要在1毫米的誤差內(nèi)追蹤頭戴式顯示器的空間位置。這是在任何時(shí)間和空間中顯示圖像的最低要求。

聚散調(diào)節(jié)沖突：這是如今VR頭戴式顯示器的觀看問題。具體如下：人的瞳孔以“聚散”的方式移動(dòng)，也就是說當(dāng)對(duì)焦時(shí)，瞳孔會(huì)一起向中心或是兩邊移動(dòng)。但與此同時(shí)，眼睛里的晶狀體也會(huì)聚焦于物體，又稱為調(diào)節(jié)。VR眼鏡所呈現(xiàn)的3D圖像會(huì)造成聚散和調(diào)節(jié)沖突，這對(duì)眼睛來說并不太正常，會(huì)導(dǎo)致視覺疲勞和不適。

眼動(dòng)追蹤技術(shù)：迄今為止，頭戴式VR顯示器尚不能追蹤用戶的眼睛，讓計(jì)算系統(tǒng)可以針對(duì)用戶在某一時(shí)間內(nèi)對(duì)焦的位置作出相應(yīng)的反應(yīng)。提高眼睛移動(dòng)位置的分辨率有助于呈現(xiàn)更好的視覺畫面。

盡管幾十年來市場(chǎng)發(fā)展緩慢，但VR技術(shù)在好萊塢電影中大放光彩，例如前段時(shí)間上線的《頭號(hào)玩家》。同時(shí)，VR技術(shù)也在游戲、電視、房地產(chǎn)、建筑、汽車設(shè)計(jì)和其它行業(yè)深受人們的歡迎。

然而，分析師預(yù)測(cè)在未來幾年中，來自企業(yè)客戶的發(fā)展動(dòng)力將超過消費(fèi)者。

AR技術(shù)解析

AR的發(fā)展橫跨數(shù)十年，最早可以追溯到麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室等大學(xué)和包括現(xiàn)任 Alphabet谷歌智能眼鏡技術(shù)負(fù)責(zé)人Thad Starner在內(nèi)的先驅(qū)。在 AR 技術(shù)的萌芽階段，Thad Starner曾經(jīng)身背沉重的電池腰包，用來連接 AR 眼鏡。

谷歌眼鏡后來被重新開發(fā)為一項(xiàng)不太引人注目的幕后技術(shù)，供倉庫和制造業(yè)使用。如今，工作人員可以通過谷歌眼鏡觀看培訓(xùn)視頻和同事錄制的操作指南。

第二代谷歌眼鏡

AR技術(shù)也應(yīng)用于低成本的攝像頭和屏幕技術(shù)，制造自動(dòng)調(diào)光的低廉焊接頭盔，讓人們不會(huì)在熔化鋼鐵時(shí)灼傷視網(wǎng)膜。

如今，AR技術(shù)正進(jìn)軍商業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)應(yīng)用中，AR技術(shù)可以在解放雙手的同時(shí)提供有用的信息，其商業(yè)價(jià)值顯而易見。

AR眼鏡也大大提升了智能化水平。在運(yùn)動(dòng)微型顯示器的幫助下，佩戴AR眼鏡就仿佛擁有一個(gè)不可或缺的同事，可以在緊要關(guān)頭提供幫助。AR眼鏡甚至可以決定任務(wù)能否完成。

設(shè)想一名初級(jí)大型設(shè)備技工被派往建筑工地緊急維修一輛大型拖拉機(jī)。老板將一副AR眼鏡交給這個(gè)新手，眼鏡中的維修手冊(cè)讓他能一邊排除故障，一邊直接觀看圖解指導(dǎo)。

部分智能眼鏡甚至配有亞馬遜的Alexa服務(wù)，可以通過語音查詢了解相關(guān)信息，無需搜索智能手機(jī)或費(fèi)神思考。

目前消費(fèi)級(jí)的商業(yè)實(shí)例包括宜家的Place應(yīng)用，人們可以利用智能手機(jī)，查看手機(jī)上顯示的家中圖像配上家具和其他產(chǎn)品的情景。

如今，索尼、愛普生、Vuzix、ODG ，以及Magic Leap等初創(chuàng)公司研發(fā)了各種各樣的智能眼鏡。

NVIDIA研究團(tuán)隊(duì)一直努力提升AR和VR的用戶體驗(yàn)。在NVIDIA GPU技術(shù)大會(huì)的 VR展廳，您可以體驗(yàn)許多相關(guān)產(chǎn)品。

NVIDIA創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛在GTC上談VR

MR技術(shù)解析

MR擁有巨大的商業(yè)潛力。在虛擬體驗(yàn)中，MR可以創(chuàng)造無限變化，比如通知忙碌中的人實(shí)現(xiàn)協(xié)作并解決現(xiàn)實(shí)問題。

比如這樣一個(gè)情境，設(shè)想有一名初級(jí)大型設(shè)備技工身陷一輛大型拖拉機(jī)內(nèi)，完全被機(jī)械故障難住了。其余人員閑坐一旁，無法工作。工地經(jīng)理焦慮不安。

幸運(yùn)的是，這個(gè)技工的智能眼鏡可以提供虛擬幫助，他可以用VR聯(lián)系一名資深技工，一邊在真正的拖拉機(jī)上維修，一邊在一模一樣的拖拉機(jī)模型上排除故障，并且通過AR獲取線上維修手冊(cè)文件，找出轉(zhuǎn)矩規(guī)格和其他維修詳情。

這就是混合現(xiàn)實(shí)。

對(duì)于消費(fèi)者來說，設(shè)想您正在使用宜家的Place應(yīng)用擺放和觀察房屋中的家具。您想要購買一張亮紅色的沙發(fā)，但在購買之前，您想先了解一下您的朋友和家人對(duì)于在客廳里擺放這個(gè)沙發(fā)的看法。

于是您使用了智能眼鏡中的VR功能。假設(shè)您在使用宜家Place應(yīng)用程序的VR模式，您可以邀請(qǐng)幾名關(guān)系密切的親友（但首先他們必須坐在自己能找到的沙發(fā)上）。現(xiàn)在，每個(gè)人都坐在了您家的虛擬環(huán)境中，沙發(fā)變成了宜家的紅色沙發(fā)。

借助混合現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)的虛擬展廳讓您得出了一個(gè)結(jié)論：您的朋友和家人都非常喜歡這個(gè)沙發(fā)，所以您買下了它。

在商業(yè)領(lǐng)域，MR還有無限的可能性。

目前，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)尚處于起步階段，這可能成為眾多VR和AR開發(fā)人員的夢(mèng)想。這是因?yàn)榛旌犀F(xiàn)實(shí)可以將此時(shí)此刻的真實(shí)情況與虛擬現(xiàn)實(shí)融為一體，增強(qiáng)許多娛樂和商業(yè)情景的現(xiàn)實(shí)感。

舉個(gè)例子：汽車設(shè)計(jì)人員能坐在真正的車椅上，身旁配有扶手、換擋器和方向盤，他可以通過VR功能查看儀表盤和內(nèi)飾。許多人都可以通過這種方式，遠(yuǎn)程評(píng)估設(shè)計(jì)。實(shí)際上，NVIDIA Holodeck就可以實(shí)現(xiàn)這類協(xié)作。

系好安全帶，準(zhǔn)備出發(fā)吧。