【关注】虚拟现实VS增强现实：未来的现实世界属于谁？

贾伟中科院合肥

【关注】虚拟现实VS增强现实：未来的现实世界属于谁？ 2015-06-23 [url=]手机圈[/url] 手机圈 手机圈 [img][/img]

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在参与了美国二战期间包括曼哈顿计划在内的一系列科学研究之后，工程师Vannevar Bush把研究重点转向了一种反战主义的科学仪器上。

在1945年7月出版的《大西洋月刊》上，Vannevar Bush描绘了他的一个构想——一部可连接在普通眼镜上的头戴式照相机，可记录评论、照片以及科学实验数据。他这样写道：“想象一下未来实验室里的研究者，他的双手是自由的，他是不被束缚的……他（研究员）的照相机比核桃还要小，附在普通眼镜......这远非是普通的构想”，在许多层面上，Vannevar Bush的构想都是如今这些AR设备的先驱。

Vannevar Bush

几十年来，我们不断地发展AR技术来强化物理世界——每一次技术迭代都承诺要将物理世界变成一个虚拟世界的计算接口，但也只有在过去的几年里，我们的头戴设备才变得不那么硕大、笨重和昂贵，图像叠加技术也逐渐发展，不再局限在细细的线条内。

早在20世纪90年代，AR就被用来描述为电子设备辐射到物理世界的任何技术。它与VR不同之处在于，VR靠投影在你眼前屏幕上的立体三维来进行模拟，而AR是直接在环境中进行全息投影。 1990年，波音公司的装配工在组装波音777飞机的电线时就佩戴了一种可以直接叠加飞机机体的显示仪，这样可以节约组装过程中前后来回看的时间。1993年，现为乔治亚理工学院教授的Thad Starner制造了可搜索和录制信息的程序设备，成为该技术在流行和广泛应用前的先行者。

Thad Starner

在移动计算和图像处理技术的推动下，AR和VR都进化到可穿戴、便携且满足大众需求的产品。六十年工程技术的不断努力后，第一波满足市场需求的VR产品开始角逐消费者市场：上个月，Facebook旗下的Oculus VR表示Oculus Rift 将于明年正式面向顾客。同样的，HTC的Vive 和Oculus与三星联合打造的Gear VR也将于今年底抢占市场。AR设备可能会稍微略晚一些：两款备受瞩目的AR移动设备——Microsoft的HoloLens 与 Google的Magic Leap都还没有确切的发布时间。

不再是有先见之明的科学家、科幻小说家和工程师的专利产品，AR和VR已进入大众生活，正试图干涉人类看待世界的方式。沉浸在VR中意味着你无法不撞到墙的四处走动，或者看到你正在维修的飞机全貌，因此Magic Leap和HoloLens这样的AR设备更具备左右我们日常生活的潜力，甚至还有机会取代智能手机、桌面系统甚至整个桌子。Starner说，一旦他看到在现实世界中，用操作熟练的超个性化设备能够让他的生产力和影响力得到强化，他就对虚拟现实失去了兴趣。还有许多人也同样从虚拟现实转向增强现实，或者俗称的AR。

斯坦福大学的电气工程助理教授Gordon Wetzstein说：“AR真的可以无缝地集成到日常生活之中：例如沟通、工作、信息可视化、户外游戏等等，在几乎任何你能想出的各个领域……这将从根本上改变人与人交流的方式。”

目前，Magic Leap 还停留在秘密研发阶段，没有向外界公开更多细节。但是几个亲身体验过这款产品的体验者们表示，Magic Leap带来的震撼只能用“描述宗教体验的语句来形容”。Graeme Devine，是一位有着多年游戏设计经验的设计师，他表示尽管自己一开始对Magic Leap持怀疑的态度，他还是被说服去参观了Magic Leap的办公室。在那里，他见到了一些他以前从未认为可以实现的事物。“我认为我是一个懂些科技并且不会轻易被震撼的人。我在Apple工作（这个公司已经足够令人惊奇），但是当我亲眼目睹他们正在进行的创举，我马上就说，‘我该如何参与进来？’ ”

虽然不知道Magic Leap去年展示给Google风投机构的是什么产品，但毫无疑问这些产品抓住了投资人的心，让他们印象深刻。去年十月，Google领投了Magic Leap一轮5.42亿美元的融资，使这家四岁的公司估值达到了20亿美元。Magic Leap的创始人和CEO，Rony Abovitz，在Reddit上公开宣称：“我相信人们会非常喜欢这种新型的计算设备（能力），它绝不会比他们理想中的移动设备差。”

Magic Leap网站上发布的图片彰显了他们的勃勃野心：一只小小的大象在一个人的手掌中嬉戏；孩子们为教室中悬浮的海马欢呼鼓掌；飞龙振翅越过紫色的天空。一篇特别的专利说明展现出Magic Leap的愿景：他们要将全世界变成一块触屏——同时又不需要屏幕存在。（就像他们正在申请的商标上的那句口号：“世界就是你的新银幕”）




微软已经暗示了AR设备的多种潜在功能，在4月份的开发者大会上，微软首次推出的应用包括教育、工作场所、手术室、实验室等。凯斯西储大学（Case Western University）的研究者们与微软合作，试图变革医疗教育和健康管理。例如，借助于HoloLens，它能够展示出一个全3D的还在供血的心脏模型，你还可以对它进行旋转，这将为有经验的外科医生和医学专业的学生提供重要的可视化线索。

在另一个令人激动的演示中，微软展示了HoloLens如何能使用火星车所收集的信息，让你感觉自己站在这个红色星球上。NASA计划今年夏天使用这个技术来控制他们的火星车。利用这个装置的手势命令，NASA的科学家还将能够相互协作。




无论是创业新贵Magic Leap，还是老牌巨人微软，他们所描述的一切，都像魔法一样，这真的可能成为现实吗？考虑到商业竞争和工业间谍，微软和Magic Leap对硬件细节严格保密，但是专利和商标文件显示，Magic Leap的技术是直接将光线投射到视网膜，产生的图像和你平时所看到的一样。

Wetzstein解释道：这种方式能欺骗大脑，让它无法分辨光线是来自外界，还是来自于Magic Leap的微型光纤投影器。这样密集的光场显示，允许眼睛可以感知到不同距离的物体——创造出景深的感觉，使眼睛能聚焦在虚拟的物体上，就如同它们真的存在于现实世界中一样。与Google眼镜所形成的悬浮平面画面不同，Magic Leap的虚拟物体直接投射到周遭环境，所以看上去非常真实。

微软还没有确切的说明HoloLens如何将光照入人的眼睛，但Wetzstein发表的一些关于近眼显示的论文，披露了可以通过多种方法创造出与Magic Leap相似的光学效果。微软发布的技术说明称，HoloLens使用计算机传感器从现实世界采取即时数据，以确保其全息图象能准确融入周围的现实环境，一个定制的全息处理单元（HPU）负责以足够快地速度来获取并处理这些数据，从而避免视觉延迟。另外，除了上述的全息图像，这一设备还采用了双耳音频，即两耳能听到不同的声音，或是说 “空间的声音”，换句话说，你听到的声音和声源与你双耳的相对位置有关。这样，你会真的能够听到巨龙朝你俯冲而来，怒吼声灌满你的右耳。

但在这些可能发生之前，AR设备仍然面临着许多障碍。其中最主要的是如何将这么多的硬件整合成一个无线的、轻便的头戴设备，其大小和价格应该和一副比较昂贵的太阳镜相当。换句话说，问题不再是是否能够将全息的图像与现实完美的融合，而是以什么样的成本，怎样完美实现这个理想。

Wetzstein说：“我已经试过了市场上所有类似的设备，我仍然觉得我们任重而道远……如果Magic Leap可以实现他们所承诺的效果，那将会是一个重大的改进。然而，AR面临着许多挑战，因为设备需要尺寸小且能耗低，而且还有许多光学、电子学和视觉效果的挑战。”他进一步指出，AR显示必须以图像的形式强有力地表现出“一种惊人的视觉体验”，与此同时还要保持小型、舒适和便携，从而让用户有穿戴它的欲望。

《麻省理工技术评论》的Rachel Metz记者曾试戴过这两款设备，她认为Magic Leap计划推出的目标产品的成像效果不如另一个版本，但后者的尺寸要大于目标产品。她表示，虽然微软已经在开发者大会上展示了HoloLens，公众也能了解到其大小尺寸，但Magic Leap对于自己产品的大小还尚未确定。

普渡大学计算机图形学助理教授David Whittinghill表达了自己的担忧，“很多数字设备的奇迹往往被一个因素制约，那就是能耗。你如何让电池为这些视频记录仪来供电？你如何做到小型化？你如何让它移动并且将重量降到人们可以随身携带的程度？”Wetzstein也指出，AR设备要想成为日常生活中的可穿戴设备，它还需要一个足够明亮的显示来在户外使用。但是话又说回来，显示越亮能耗越多。

此外，如何产生具有现实感的“幻象”，并将他们自然地与周遭背景融为一体的难题一直存在。在头戴设备上，任何轻微的投影错位或时间延迟都可能让人产生不适，一点小问题就会让人对设备产生厌烦，而一次明显的错误背景映射会让人认为设备完全无法正常工作。计算机视觉正可以解决这些问题：头戴设备需要知道眼睛正看向何处何物，还必须能感知周围的真实世界，知道什么东西正在移动而什么东西保持静止。




然而即使虚拟的图像能成功地与物理世界正确对接，设备本身也达到了合适的可接受的大小，但AR的观感可能仍比不上VR设备中更宽阔的视野。尽管Demo展示了浸入式的AR体验，但实际上，头盔内的视野仍然限制在一个较小的窗口内。参加微软开发者大会的记者提到图像经常会跳出HoloLens的视野之外，而据《连线》杂志估计，这个范围大概在40度左右。

有些人形容HoloLens过窄的视野显示区域只有大约一台电视机尺寸大小，这无疑削弱了全息影像的体验，而另一些人则受“目光所及之处外围区域未经任何增强处理”导致的视觉断层困扰。Verge网站的Adi Robertson谈到他的理解：任何事物一旦移出视窗之外就消失了，所以对外围视觉的渲染就显得多余。Quartz网站的Alice Truong 称Hololens受限的视角为“隧道视觉的AR版”。

在NVIDIA公司负责近眼显示研究的David Luebke说，AR显示普遍存在的一个严重问题就是有限的视角。Luebke正在和美国北卡州立大学合作一项名为“点光显示”的项目，这种显示拥有100度的视角，也许隧道效应将不会成为未来AR设备的短板。但在实现该目标之前，Luebke相信VR设备所具备的宽阔视角，使得其更可能成为日常工作或娱乐中的利器，比如取代传统立方体式的显示器。倘若能够在Oculus Rift所提供的完整视野下欣赏电影，谁还愿意费劲地看悬浮于眼珠子前一小块屏幕的视频呢？更何况万一距离不对，播放一半的电影将会突然消失。

鉴于上述困境，很难出现一家垄断的情形。Starner预计，相对于一家独大，用户们更愿意选择全套的AR与VR设备，可以实现不同分辨率下观赏需求，“比如视频游戏更适合大视野，而对医院的手术室、信息应用以及个人信息管理以及其他的一些应用，你只需要一个小视野。”

这些偏好表明未来的可穿戴设备需要满足：人们必须想要穿戴它们。谷歌眼镜的失败摆放在HoloLens和Magic Leap面前，成为它们需要面临的困境。早期的谷歌眼镜使用者都因公开穿戴这个产品受到了指责。（有位连线杂志记者因为长期佩戴Google Glass而被朋友称为“眼镜混蛋Glassholes”——译者注）

Magic Leap如果想要得到大规模应用，它不仅要像苹果手机那样吸引所有人的眼球，更要对那些没有穿戴这个设备的人完全无害。“如果你因为别人异样的眼光而不在公共场合穿戴谷歌眼镜，那谁又会在意它是否对你有害呢？”明尼苏达大学运动机能学的一位研究近眼设备运动伤害的教授Thomas Stoffrengen做出这样的评论，“AR可以减少这些问题，但这是否仍然会是一个社会问题，我们将拭目以待。”




微软公司首先想到的是推出一台不用长时间穿戴的设备——它将为专业研究提供便利——这也就有可能使这台设备比Magic Leap更加受欢迎。加州大学的一位专门研究早期可移动AR设备的研究人员Tobias Höllerer教授预测道：“这些即将上市的设备的应用领域将会较为狭窄”——这也就意味着它们可能仅将用于处理那些智能手机不能完成的任务。

一些细分的商业市场——建筑师展示蓝图，游客参观古遗址，水管工建议维修——本身不会大规模使用，但他们至少会使社会有效开拓消费者的专业和个性化使用。

也许最有效的说明大众是否能接受头戴式设备的测试是Starner，他穿带个人计算机系统来改善生活的时间比任何人都长。1993年，Starner首次把笨重的个人电脑设备装在一个肩袋里，一位计算机科学家问他为什么想要一个移动电脑。Starner说，当他现今穿着更另类时尚的头戴设备时，人们会把他拉到一边问：“这是什么？我能试一试吗？我能买它吗？”当然，计算机和它们的科学家们，走过了很长路。

Vannevar Bush预测，半个世纪之后，可能真的“世界已经到达一个设备具有超高可靠性并且便宜而又复杂的时代，这些东西一定会到来。”（来源：虎嗅网 作者：AVA KOFMAN）