浅谈VR

VR,英文全称 Virtual Reality,也即是虚拟现实。

简单的理解,虚拟现实是一种“技术”。我们通过“虚拟现实”可以进入一个现实不存在却又让人感觉非常逼真现实的空间。从理论上来讲,虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它通过计算机生成一种模拟环境,使用户沉浸到该环境中。

如果看过斯皮尔伯格执导的《头号玩家》电影的话,可能会对VR有一个大概的认知,电影中的人物只需要借助一台VR设备就可以进入一个名为“绿洲”的虚拟游戏世界,虽然“绿洲”现实不存在,但在感官上却非常真实。尽管电影有些夸张和超前的部分,不过基本概念还是贴近VR的。或许,我们理想中的VR应该是要贴近电影中所表现的VR概念。

虚拟现实这个名词,对大部分人来讲可能都是近几年才更新到自己的语言数据库中的,不过虚拟现实却不是近几年的技术,虚拟现实的发展历程远超我们的想象。

1957年,Morton Heilig(莫顿·海利格)创造出了Sensorama。

一个全传感仿真机器,可供1-4个人使用和体验3D视频的机器,Morton Heilig称之为“体验剧院”。这个机器提供的可不仅仅视觉和听觉,它本身使用了3D显示器、风扇、气味发生器以及振动座椅。它能让人沉浸于虚拟摩托车上的骑行体验,感受声响、风吹、震动和Brooklyn(纽约布鲁克林区)马路的味道。为了配合这台机器,Heilig还配套发明了3D摄影机和投影仪。

1960年,Morton Heilig研发了TelesphereMask,并提交了专利申请文件,专利文件上的描述是“用于个人使用的可伸缩立体电视设备”。这是第一台真正意义上的头戴式显示器概念。它使用缩小的电视管,直接显示具有立体3D视觉效果的影像和立体声,有比较大的视场角。

可以看出现在的头显设备与TelesphereMask之间有着很多相似之处。

不过,目前普遍认为世界上第一台的 VR 头显,是1966年由 Ivan Sutherland (伊凡·苏泽兰,计算机图形学之父)发明的Sword of Damocles(达摩克里斯之剑),它是连接到计算机的头显,虽然这个头显佩戴起来不舒服,而且非常重,只能从天花板上吊下来承受一部分重量,不过它显示了原始的计算机生成的图形。

时间跨到上世纪80年代,虚拟现实迎来第一次的成长。

Eric Howlett(埃里克·豪利特)研发了Leep系统,一种大视野超视角技术,并在后续推出了3款头显设备Cyberface1、2、3。

同时代,Jaron Lanier(杰伦·拉尼尔,也被称为虚拟现实之父)创建了VPL Research公司,并推出划时代的虚拟现实头显设备Eyephone。

甚至还创造了新的输入方式和设备,数据手套 DataGlove。

接下来,头显设备也在不断推陈出新,NASA-Ames、Forte VFX-1、Sega VR、Jaguar VR、Victormaxx Cybermaxx、Virtual Boy、Philips Scuba RV、SEOS HMD 120/40等等,价格也越来越亲民。不过虚拟现实却没有太多的受众,依旧是不温不火的状态。

迈入二十一世纪,到2012年“Oculus计划”众筹资金,并于2013年推出Oculus Rift开发者版本,2014年3月,Facebook宣布将以约20亿美元的总价收购Oculus VR,这一资本举动彻底重燃VR小火苗。2014年7月,Oculus Rift在开始销售第二版开发套件,2015年5月,Oculus宣布消费者版的虚拟现实头盔Oculus Rift将于2015年底开启预售并于2016年一季度正式发售。与此同时,2015年3月巴塞罗拉世界移动通信大会,HTC发布消息,HTC和VALVE合作推出了一款VR头显HTC Vive,春季推出开发者版本,消费者版会在2015年低的时候上市。

2016年,VR大火,风口、创业、跟随、投资,然后整个媒体好像统一口径似的,将2016年定为VR元年。

现在是2019年,已经冷静稳定下来了,VR并没有真正的革命大众的生活,不过VR的概念却让大众熟知,VR技术也在稳定的发展且势头良好。根据Gartner的The Hype Cycle(技术成熟度曲线)也可以看出来,VR正逐渐走向成熟。

2019年的Gartner The Hype Cycle上已经没有“现实”了,可能已经成熟了(狗头.jpg)。

在虚拟现实的概念中我们一直突出并强调“沉浸”感,所谓沉浸感就是带给体验者“真实”的体验,除了从视觉和听觉上进入一个“世界”,其它的诸如触觉、嗅觉等也应该是VR所该囊括的,不过目前市场上的产品我们还只能体验到视觉和听觉这一层。

我们从现实中获取信息最重要的器官是眼睛,所以VR最重要的就是从视觉上入手,目前体验VR就是借助HMD头显设备(头盔/眼镜)。常见的头显设备有三种:移动端头显设备、一体式头显设备、外接式头显设备。下面简单介绍一下这三种设备。

移动端头显设备,也即是最廉价的,壳子加两片凸透镜,其中起源和代表就是cardboard,我们在Pano2VR中一个输出模板cardboard就是它。市场上售价百十元左右的就是这种,只不过是把纸板换成了经过设计的佩戴相对更舒适的“壳子”。既然是移动端头显设备,自然离不开移动端,也即是手机。它的实质就是靠手机来“分屏”播放内容,透过凸透镜来观看。对手机性能有一定要求,关键是对手机屏幕的分辨率有要求,想要保证效果,屏幕分辨率越高越好,最好2K屏以上。如果屏幕分辨率较低的话,观看上“栅格”“颗粒感”较明显。

(Google Cardboard)

一体式头显设备,也即是我们常说的“VR一体机”,它就相当于cardboard+手机。具备了独立处理、输入和输出的功能,当然处理能力有一定的限制。选购一体机就和选购手机一样,要看硬件参数,处理器,内存,分辨率等等,一般是配置越高体验越好。

(NOLO X1)

外接式头显设备,是需要连接电脑体验的,也是三者中效果最好的,毕竟论处理能力的话肯定是电脑更强大一些,外接式头显设备有一点不太好,就是头显和电脑需要链接数据线,比较受束缚,当然现在推出了无线功能,需要加装无线接收配件,相比较会更笨重一些。

(HTC Vive Pro)

头显设备国内外很多厂商都在做,在国内想便捷体验“真VR”,推荐HTC Vive,新款的Pro效果确实不错。当然Oculus以及国内一些产品比如NOLO、Pico等也都做得很棒,一些大厂诸如小米、华为、爱奇艺也都推出了HMD设备。

这里插一个华为VR Glass,今年(2020年)才了解到的,这款产品很有意思,可以连接电脑还可以连接华为手机(仅限特定型号)。比只能连电脑的外接头显更便携,因为可以连接手机显示手机的内容。比相对更笨重的一体机更轻便,相当于电池处理器等硬件挪在了外边的手机里。可能未来头显和手机结合会是一个趋势。

(HUAWEI VR Glass)

以上介绍了VR的一些概念和发展。目前,VR在学术和学科建设上已经不是单一发展了,除了VR之外,还有AR、MR(这三个有时候也并称为XR)。

下面我们再互相对比三者,简单谈谈AR和MR。

AR,Augmented Reality,增强现实。AR是在现实世界中叠加虚拟信息并综合在一起的技术。AR技术我们应该也不陌生,说两个我们应该熟悉的AR产品,Google Project Glass(谷歌眼镜)和 Pokémon GO(精灵宝可梦GO),两个产品都是AR的典型应用。当然电影钢铁侠的头盔也是AR应用。

MR,Mix reality,混合现实。MR是合并现实和虚拟世界生成的新的可视化环境的技术。代表产品:Magic Leap和Hololens。

这个动图我们应该看到过,没错,这就是Magic Leap在15年公布出来的号称是靠自己的技术实现的,而非视频特效的影像(/狗头)。而这前后就是不断地大牌资本投资投资再投资,不过却没有任何实际产品输出,直到17年底,才放出自己第一代实际的产品Magic Leap One。

与之对应的Hololens是微软研发的产品。

综合对比VR、AR、MR,简单的区别这三者。VR是进入一个完全虚拟的场景。AR是在看到现实场景的基础上还能叠加辅助信息,这些信息可以简单的信息也可以是三维模型。MR其实和AR概念比较接近,也是结合真实世界和虚拟信息,不过MR除了现实世界叠加虚拟信息,也可以虚拟世界叠加现实信息。

这三者好像VR的名气最大,不过个人认为,未来的发展AR、MR可能前景更广阔。就目前来讲,VR受限于硬件发展,头显设备还是过于笨重,显示效果的提升空间还很大。另外VR还没有和各行业深度融合,缺少与现有行业深度结合的应用场景。除了游戏外,与地产、教育、医疗还停留在比较浅的应用上。当然,AR、MR多多少少也具有相同的问题,但AR、MR有做成常规眼镜的可能性,VR从根本上就不会是常规眼镜。另外AR、MR没有脱离“现实”,VR是脱离“现实”的。

简单了解了以上,我们再回到VR,了解一下VR的内容部分。VR就是构建一个虚拟的“世界”,这个“世界”范围可能会很大,我们眼睛一次也看不到那么大,我们就构建我们眼前的“世界”就行。现实中,我们眼前的“世界”是不受限的水平360°垂直180°视角,也就是我们能自由的看这个“世界”,所以“全景”就是第一步。也就是我们本站点讨论的全景图,最基础的全景图,只是包含了全视角的影像,我们可以使用Pano2VR里面的算法,将全景图片再重新构建出来,并且算法后期实现双目VR浏览。这是VR内容上的第一个阶段。VR的第二个阶段就是用两个相机获取全景图像,两个相机是按人的眼睛一样,并排且间距就是人的大概的瞳距,这样捕获的两幅全景图可以分别在两个屏幕中各自显示,这样就有了双目视差,内容会更立体更沉浸。VR的第三个阶段,也是目前研究比较多的,3D全景图,其实就是在阶段二的基础上更进一步,在捕获图像的时候,顺便捕获深度信息,然后用算法,将图像按深度分层,做出有头部运动视差的全景图,类似下图一样。

我们上面讨论的是基于图像的内容,这是一条线。另一条线是是基于模型的,是像搭积木一样构建虚拟“世界”。我们玩的很多游戏就是模型构建的“世界”,随着技术进步,模型构建的“世界”也越来越逼真,而这种模型的世界,结合了算法,本身就可以轻松实现双目视差、头部运动视差。这条线才是VR立身和发展下去的道路,但是我们这里就不作讨论了。

了解了以上,我们就知道Pano2VR的VR还是比较遥远,不过Pano2VR能达到的VR也是VR,只不过比较基础。本网站,目前只是基于最基础的全景图来制作的第一二阶段的“VR”。

(文章图片来源网络)

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