VR/AR領(lǐng)域光場技術(shù)的輸入、輸出端有望打通

經(jīng)歷過PC時代的不知不覺、移動互聯(lián)網(wǎng)時代的后知后覺之后，我國對VR/AR的未來有更加清醒的認(rèn)識。近三五年間，當(dāng)全球科技巨頭涌入VR/AR領(lǐng)域時，我國政府、科研機構(gòu)、企業(yè)、創(chuàng)業(yè)者等都積極采取行動，試圖抓住這波難得的歷史機遇，所以我國VR/AR在顯示終端設(shè)計、交互技術(shù)、應(yīng)用上并不落后，甚至有些還引領(lǐng)全球潮流。

顯示終端：

創(chuàng)業(yè)公司十分活躍

現(xiàn)在VR/AR技術(shù)應(yīng)用并不是十分成熟，全球科技巨頭都在前期布局和探索階段，國內(nèi)BAT也停留在前瞻性布局階段。阿里巴巴投資了不少AR產(chǎn)業(yè)鏈公司，包括波導(dǎo)式光學(xué)方案公司Lumus、增強現(xiàn)實公司Magic Leap等。百度發(fā)布AR開發(fā)平臺DuMix，提供開發(fā)AR產(chǎn)品的SDK和編輯器，騰訊公布VR SDK及開發(fā)者支持計劃，開放QAR平臺，允許開發(fā)者將APP接入騰訊AR模塊。

與BAT不同，國內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司在VR/AR顯示終端領(lǐng)域十分活躍，從部分參數(shù)和輕薄設(shè)計上看，有些已經(jīng)走在世界前列。在2016 ChinaJoy上，Hypereal展示的VR頭盔Pano，采用2K分辨率的OLED顯示屏，擁有110°視場角、90Hz刷新率以及11ms的延遲率，在部分參數(shù)上已經(jīng)超越了Oculus Rift、PS VR。

同樣，我國AR眼鏡產(chǎn)品在某些參數(shù)上也不輸于微軟的HoloLens。其中，耐德佳AR眼鏡NED+X1視場角（FOV）超過40度，比Hololens視場角提升20%以上；其光學(xué)分辨率高達(dá)1920×1080，是國際上首款全高清AR智能眼鏡。影創(chuàng)一款兼具AR/VR的頭盔Halo，70度視場角，整體時延控制在13ms內(nèi)。

從輕薄設(shè)計上看，我國VR/AR眼鏡已經(jīng)處于世界領(lǐng)先。多哚V1智能眼鏡僅重88g，厚度16mm，搭載2K高清解析，實現(xiàn)105度的視角場。悉見科技SeengeneX1的重量為166g，比HoloLens輕410g。

而且我國虛擬現(xiàn)實眼鏡已經(jīng)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。中國航天員科研訓(xùn)練中心與北京理工大學(xué)等研制的虛擬現(xiàn)實眼鏡，成功應(yīng)用于33天“太空之旅”中的航天員心理舒緩。

此外，虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（IVRA）發(fā)布了《虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示設(shè)備通用規(guī)范》，這是我國虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域首個自主制定的標(biāo)準(zhǔn)，將對規(guī)范市場、引導(dǎo)行業(yè)良性發(fā)展起到重要支撐作用。

交互技術(shù)：

技術(shù)和理念走在前沿

在交互技術(shù)上，我國企業(yè)已經(jīng)走在世界前列。傳送科技的TPCAST是全球第一個無線VR顯示商業(yè)產(chǎn)品。該設(shè)備解決了HTC Vive一直以來被線纜束縛的問題，可以支持2K@90Hz高清內(nèi)容，傳輸速度可以達(dá)到3.5GB/s，最低延遲可以達(dá)到15ms。

七鑫易維是國內(nèi)首家擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的眼球追蹤和眼動控制技術(shù)的科技公司，去年發(fā)布了全球首款VR眼球追蹤模組aGlass。其追蹤范圍是垂直30°和水平50°，追蹤速度最高可達(dá)380Hz，追蹤精度小于0.5°，延遲低于5ms。英偉達(dá)全球副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理張建中認(rèn)為，七鑫易維眼球追蹤技術(shù)超過全球其他科技公司。

Hypereal自主研發(fā)的激光定位方案，可以讓使用者在一個30平方米的范圍內(nèi)，準(zhǔn)確定位到頭部和雙手控制器的位置（毫米級精度）。

還有Ximmerse和諾亦藤等。前者旗下有VR輸入控制設(shè)備MACE、VR萬向移動平臺Teleport，以及光學(xué)手勢跟蹤設(shè)備和觸覺反饋設(shè)備。后者開發(fā)了具有國際領(lǐng)先水平的“基于MEMS慣性傳感器的動作捕捉技術(shù)”，并在此基礎(chǔ)上形成了一系列具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的低成本高精度動作捕捉產(chǎn)品。

此外，我國交互技術(shù)理論的突破也值得關(guān)注。中山大學(xué)人機互聯(lián)實驗室提出ER（Expanded Reality）即“擴展現(xiàn)實”的概念，為業(yè)界首創(chuàng)。VR與物聯(lián)網(wǎng)樣本整合，不但能體驗，還能實時操作物理過程。采用第一現(xiàn)場與第二現(xiàn)場之間的主從機器人操控系統(tǒng)，代表未來VR與IoT中的設(shè)備聯(lián)接技術(shù)迭代的第一階段，原則上證明，在網(wǎng)絡(luò)化VR中生活的人們無需脫離沉浸式虛擬環(huán)境就可以完成實質(zhì)性生產(chǎn)任務(wù)。

光場技術(shù)：

輸入、輸出端有望打通

在光場技術(shù)方面，疊境數(shù)字科技（上海）有限公司不僅首創(chuàng)動靜結(jié)合光場拍攝系統(tǒng)，還實現(xiàn)高精度光場三維器件建模。其中動靜結(jié)合的光場采集系統(tǒng)包括80個動態(tài)PointGray相機和80個靜態(tài)Canon單反相機，可以同時從360度方向采集同一個物體表面反射光線。動態(tài)相機分辨率不低于2K，主要用于動態(tài)形變物體的實時建模；靜態(tài)相機分辨率不低于2K，主要用于實現(xiàn)高質(zhì)量表面反射特性采集；單幀拍攝累計采集并處理光線數(shù)量達(dá)到十億級。運用疊境獨創(chuàng)的光場反向追跡算法，可以將實時的動態(tài)幾何信息與高質(zhì)量的靜態(tài)光線信息融合在一起，從而對動態(tài)的非剛體模型也能高質(zhì)量重建。目前國際上類似的技術(shù)只能在高質(zhì)量和高幀率之間做出選擇，而疊境的動靜態(tài)光場采集系統(tǒng)打破了這一限制，實現(xiàn)了我國在VR光場技術(shù)上的獨立創(chuàng)新和突破。

而疊境數(shù)字的光場三維器件建模重建精度達(dá)到亞毫米級，同時還實現(xiàn)了從光場采集到光場模型渲染的端到端系統(tǒng)，減少人工干預(yù)程度70%。同時疊境還大力開發(fā)了光場壓縮技術(shù)，實現(xiàn)了當(dāng)壓縮比達(dá)到500∶1時，壓縮質(zhì)量PSNR仍保持30dB以上，且編解碼速率達(dá)到30fps，降低了帶寬要求，在手機端可以流暢體驗光場VR，實現(xiàn)了真正意義上的“移動VR”。

同樣，清華大學(xué)在光場技術(shù)上也進(jìn)行了多年的探索，研制出大型光場相機系統(tǒng)，由60個相機陣列和800多個LED燈組成，可以根據(jù)光照的變化來提升VR內(nèi)容的精度，既保留高頻信息，又獲取到低頻信息，該系統(tǒng)在杭州等地得到實際應(yīng)用。大型光場相機造價高、難度大，目前主要應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域。但VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更多地寄托于消費級市場，平民化的采集設(shè)備和便捷的內(nèi)容生成方法已成為更迫切的需求。清華大學(xué)戴瓊海教授透露，他們團(tuán)隊已經(jīng)利用微軟的硬件解決方案做出一款千元級的光場相機，與大型光場系統(tǒng)不同的是，它的精度較低，但能夠?qū)討B(tài)和靜態(tài)物體進(jìn)行實時三維重建，2018年年底就能夠市場化。

行業(yè)應(yīng)用：

VR/AR+醫(yī)療、建筑取得新突破

在重點應(yīng)用領(lǐng)域，我國高校和科研機構(gòu)成功地將VR技術(shù)應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域，有的已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。北京大學(xué)VSV視景仿真系統(tǒng)是國內(nèi)唯一全部代碼自主編寫的視景系統(tǒng)，基本達(dá)到了世界一流水平。VSV視景仿真系統(tǒng)由地景數(shù)據(jù)組織與分發(fā)調(diào)度服務(wù)系統(tǒng)、三維場景動態(tài)組織與繪制管理系統(tǒng)、場景繪制引擎、物理仿真引擎和三維視景仿真生成系統(tǒng)等功能模塊組成。其繪制引擎支持每幀數(shù)萬量級的燈光實時繪制，并能真實模擬全球動態(tài)海洋、大氣散射、光照變化、風(fēng)雨雪霧等特效。系統(tǒng)繪制幀率可達(dá)60FPS以上，能完全滿足飛行模擬視景仿真系統(tǒng)的實時動態(tài)交互需求。

北京航空航天大學(xué)研發(fā)出可支持個性化的經(jīng)皮冠狀動脈成形術(shù)（PCI）模擬器。該PCI手術(shù)模擬器對心血管結(jié)構(gòu)和心臟等主要器官的建模精細(xì)度達(dá)到100萬面片以上，物理計算單元達(dá)到10萬個以上，視覺仿真頻率達(dá)到30幀/秒，力反饋相對誤差為5%，虛擬碰撞力的計算效率達(dá)到1000Hz。

據(jù)介紹，該PCI手術(shù)模擬器的功能和性能指標(biāo)達(dá)到了國外同類商業(yè)化產(chǎn)品的先進(jìn)水平，具有計算效率高、精度高、魯棒性好等特點，能夠?qū)€性化手術(shù)預(yù)演與模擬訓(xùn)練緊密結(jié)合，可為醫(yī)生提供更多的訓(xùn)練案例，最大程度地降低臨床手術(shù)風(fēng)險。

臺灣勤益科技大學(xué)與秀傳醫(yī)院合作形成的研發(fā)團(tuán)隊發(fā)表成果稱，其研發(fā)出的“MR＋VR智能醫(yī)療眼鏡”，在MR混合虛擬現(xiàn)實眼鏡的基礎(chǔ)上，結(jié)合VR虛擬現(xiàn)實和data gloves數(shù)據(jù)手套等技術(shù)，可讓遠(yuǎn)程端的醫(yī)生實時指導(dǎo)災(zāi)難現(xiàn)場人員對傷患做手術(shù)或?qū)嵤┘本?。目前已完成兩例臨床實測，接下來將逐步進(jìn)入應(yīng)用測試和量產(chǎn)階段。

同濟大學(xué)軟件學(xué)院圖形圖像研究中心開發(fā)出一個基于輕量級BIM（Building Information Modeling）的智慧建筑（Smart_Web3D_BIM）可視化服務(wù)平臺。該平臺突破了輕量級Web3D-BIM關(guān)鍵技術(shù)（輕量化預(yù)處理、細(xì)粒度化預(yù)處理、漸進(jìn)式傳輸、增量式網(wǎng)頁級渲染處理等），成功地將大規(guī)模BIM場景放置在移動互聯(lián)網(wǎng)上，用戶無需下載安裝任何插件，僅僅點擊網(wǎng)頁即可輕松在線瀏覽（甚至包括那些在單機上用Revit等也很難打開和瀏覽的）大規(guī)模BIM場景。該技術(shù)使得智能城市的規(guī)劃、設(shè)計、施工、審核、養(yǎng)護(hù)、竣工、運營等透過輕量級BIM可視化技術(shù)在移動互聯(lián)網(wǎng)有機地“整合”起來了，實現(xiàn)了“Internet+”、“VR+”和“BIM+”的集成，其應(yīng)用前景無限光明。

地方政府：

爭先恐后打造“VR之都”

近兩三年，涌現(xiàn)了一批VR孵化器，特別是去年，福建福州、江西南昌、青島嶗山、湖南長沙、浙江嘉興等地高調(diào)宣布成立VR產(chǎn)業(yè)基地，要打造“VR之都”。

南昌市出臺了《關(guān)于加快推進(jìn)南昌市虛擬現(xiàn)實VR產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)的優(yōu)惠政策》。

福州市政府對外發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)VR產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的十條措施》。

除了福州、南昌、嶗山區(qū)之外，北京中關(guān)村、黃果樹、成都、合肥、安溪、安順市西秀區(qū)等地政府不是已經(jīng)成立VR產(chǎn)業(yè)基地，就是正在籌建當(dāng)中，這種勢頭正向全國更廣闊地區(qū)蔓延。

它們不止停留在口號，還建立各種VR產(chǎn)業(yè)基金。嶗山區(qū)將成立首期50億元規(guī)模的VR產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)基金。南昌建立了10億元的天使創(chuàng)投基金以及100億元的產(chǎn)業(yè)基金。長沙成立VR產(chǎn)業(yè)基金，首期基金規(guī)模30億元。福建的東湖VR小鎮(zhèn)成立首期規(guī)模30億元的VR及創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)母基金。北斗灣VR/AR小鎮(zhèn)所在的貴安公布了十條政策來扶持VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。浙江嘉興出臺虛擬顯示與可視化產(chǎn)業(yè)專項政策“十條”，從統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、行政簡化、信息直通、資金扶持、人才引進(jìn)、產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)等方面，為VR/AR產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策保障。
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