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        教你怎么拽詞:虛擬現實與增強現實簡史

        Date:2017/01/18

        VR技術在發展初期可謂備受挫折、命運多舛,但隨著VR基礎性技術日臻成熟,互聯網巨頭Facebook和谷歌投入VR應用開發大戰,VR技術的前景正日益明朗。

        VR指的是通過數字手段創造出完全虛擬的環境,人們佩戴HMD(頭戴式顯示器)等設備就可以暢游虛擬世界,穿越沙漠和叢林、飛檐走壁、駕駛F1賽車、一槍擊斃僵尸等等。

        如今,很多VR應用可以讓用戶感到更加真實,并減少眩暈感。在某些VR環境中,用戶可全身融入其中,如果還有其他“浸入者”,感覺則會更加明顯。VR迷們將這種感受稱為“存在感”:徹底融入其中,而不是坐在一旁觀看。

        重煥生機

        2014年,Facebook斥資20億美元收購了借眾籌平臺Kickstarter起步的VR公司Oculus。此次高調收購使VR再次成為業界焦點,但事實上,VR已經存在數十載了。20世紀90年代初,VR電影曾一度風靡,但是畫面質量欠佳,且觀眾需要佩戴笨重的頭戴式顯示器,極大地影響到觀影體驗。不僅如此,其另一個重大缺陷是會使用戶感到眩暈,因為畫面的移動比用戶頭部的實際運動慢幾拍。不過,隨著VR體驗越來越真實,該問題正逐步得到解決。

        2003年,位于舊金山的Linden Labs推出了游戲“第二人生”(Second Life),VR曾借這款游戲火了一把。作為一個開拓性平臺,“第二人生”的虛擬世界里有自己的貨幣,供玩家進行虛擬物品和服務交易,并購買虛擬資產??煽诳蓸返裙净ㄥX在該游戲上打廣告,甚至還有幾個國家在游戲里成立了虛擬大使館。

        在這之后,VR的發展陷入困境。2009年8月,16歲的VR迷Palmer Luckey,加入了名為MTBS3D的3D媒體發燒友網絡論壇。經論壇創始人Neil Schneider許可,Luckey在“DIY項目”版塊創建了自己的論壇,與網友討論如何利用零件制作簡單的HMD。3年后,Luckey設計的首款Oculus原型機在VR界引起轟動,不到兩年,Facebook就收購了Oculus。

        為什么別人失敗,而Luckey成功了呢?Luckey將自己的成功歸因于好時機。他在研究VR時,正好趕上智能手機誕生。智能手機推動了傳感器、陀螺儀、小屏幕等VR零件的普及,使其重量更輕、價格更低。同時,Luckey的成功也得益于眾多技術突破,例如,將畫面響應用戶頭部運動的時延降到最低的技術。

        也有觀點認為,摩爾定律可能是Luckey成功的真正“功臣”。華為媒體實驗室戰略負責人Jose Alvarez指出:“隨著技術的改進,每瓦計算能力也在提高。這就意味著VR的眼鏡和計算機屏幕會變得更加優質,觀眾可以暢享高清畫面?!边@正是摩爾定律在現實中的應用——每隔18個月,處理能力就能翻倍,軟件也會變得更加先進,這就極大地改善了畫面質量。

        VR還不是消費級產品,現在預測VR“殺手锏應用”有哪些還為時過早。目前,其主要用于兩大領域:娛樂和醫療保健。

        用“顛覆者”這個老生常談的詞形容VR在娛樂行業的應用再合適不過了。VR的確可以徹底顛覆娛樂行業,為音樂會、球賽等虛擬活動帶來前所未有的真實感。不僅如此,VR還可以給MMORP(大型多人在線角色扮演游戲)重新注入活力,“第二人生”和“魔獸世界”就是最好的例子。十年前,MMORP曾風靡一時,但是,當智能手機取代網吧成為年輕人的主要上網途徑時,MMORP便開始逐漸衰退。如今,VR令其重生。

        Alvarez說:“VR可以提供更高的分辨率、更快的數據傳輸速度和更強大的計算能力,為游戲創造近乎真實的環境,因此逐漸為游戲行業廣泛采納。此外,VR產品正日漸滿足好萊塢和營銷活動的預期?!?/p>

        VR創造新世界的能力正是電影行業所需要的。據《洛杉磯時報》報道,好萊塢正大力開拓電影行業的新疆域。Steven Spielberg和Ridley Scott等一線導演正與VR公司合作開發電影內容。咨詢公司Digi-Capital預計,VR將在2020年前創造300億美元的收入,其中游戲和電影收入占很大比重。

        VR在醫療領域也展現了巨大潛力。正如飛行員使用模擬器在駕駛艙訓練駕駛技能一樣,外科醫生也可以使用VR進行復雜的遠程手術。虛擬世界對創傷后遺癥的治療也很有幫助:通過可控的方式,向病人重現使他們感到壓力的場景,幫助他們逐漸克服這種場景給他們造成的壓力和恐慌感。

        如何加速發展?

        如何推動VR的普及呢?VR玩家主要關注如何在“質量和可獲得性”方面做出權衡。Facebook和谷歌這兩個最大的VR擁護者成為不同的代表。

        Facebook代表“確保質量”的一方。他們認為,要想普及VR,最重要的是竭盡所能提供最優質的體驗(即降低時延、提高分辨率等),而不考慮目前是否有大量受眾愿意為之買單。他們指出,質量尤為重要,因為如果在VR發展初期出現一兩個劣質應用,就可能會使用戶感到如今的VR與20世紀90年代時糟糕的VR并無二致。但是,要想獲得“優質體驗”,需要多大代價呢?

        以谷歌為代表的群體則站在另一方,他們表示,創造需求的關鍵是要盡可能降低VR設備價格,并提高可獲取性。谷歌Cardboard的可折疊頭戴式顯示器,只需在硬紙板前配上兩個鏡頭,后面插入手機即可?!哆B線》雜志曾對其贊美有加:“谷歌Cardboard打開了通往VR世界的大門。雖然要推出最佳的VR產品,谷歌還有很長的路要走,但是Cardboard出色地達到了人們的預期:進入虛擬世界。使用這款產品后,你一定會繼續關注谷歌的其他VR產品?!?/p>

        當然,以Facebook和谷歌為代表的雙方并沒有阻礙對方的發展,而是共同組成細分市場。真正的問題是,哪種應用才能使VR成為必需品?虛擬化Facebook能使社交媒體更具社交性,谷歌則能使地圖和搜索功能更加直觀,用戶在使用時無需一頁頁點開。毫無疑問,這兩家公司都想成為VR互聯網Metaverse(一個虛構的網上VR空間,現稱為“虛擬實境”)的主頁。

        五大難題亟待克服

        問題在于,該趨勢雖然存在,但在實現上有諸多難點,要想普及浸入式技術和應用,需要克服以下五大難題:

        用戶不再專注

        斯坦福大學的Byron Reeves教授近期研究了部分學生使用智能手機和筆記本電腦的習慣,研究結果表明,學生們切換任務的速度非???,平均注意力駐留時間只有19秒。而一些其他類似的研究結果也都表明:人類正在進入“頻繁切換模式”。

        這意味著什么?Tom Goodwin聲稱:“我們對各種刺激越來越上癮,也越來越難以專注在某一件事情上,分散式注意力正向常態發展。試想一下,我們每天在各種媒體上消耗大量時間,還要吃飯睡覺,這究竟是怎么做到的?主要原因就在于我們會見縫插針,快速消化信息?!?/p>

        我們的生活方式為什么會變成這樣?Reeves教授認為,頻繁切換任務,恰恰從側面說明我們掌控了生活的主動權?!叭巳硕枷霌碛兄鲃訖?,喜歡一切盡在掌控之中,可以自由切換內容??赡苄畔⑦€沒看完,人們就不再關注了,直接關掉去干別的?!?/p>

        有觀點認為,浸入式體驗有望改變或者修正人類的“頻繁切換模式”,但Reeves對此并不樂觀。他說:“假如我有一副VR眼鏡,我可能會全身心地沉浸其中,忘了去切換,但對于大多數人來說,他們的注意力或許能夠維持久一點,不過稍微過段時間,人們還是會渴望切換到不同的內容上去,這是現代人的天性?!?/p>

        屏幕越來越多

        人們在日常生活中接觸的屏幕數量正在激增,這無疑促使人們的“切換模式”更加頻繁。時代公司宣稱,數字原生代幾乎每隔2分鐘就切換一次媒體平臺(這其中涉及到很多屏幕),而35~55歲的人,每隔3分鐘切換一次。

        問題在于,每個屏幕所涉及到的操作系統幾乎都是相互獨立的,這意味著還有很多協同工作要做。多屏幕的存在,無疑是浸入式體驗實現的重要障礙:如果用戶在體驗VR的時候必須摘下頭戴式顯示器才能接電話,或者在觀看4K節目時還要留意平板電腦才能查看最新的社交媒體評論,那還有何浸入式體驗可言?這樣的例子不勝枚舉。

        技術瓶頸

        4K、AR、VR等下一代浸入式體驗都需要解決很多用戶端的技術問題,例如在網絡層面,帶寬和時延顯然是主要的瓶頸之一。浸入式技術的使用,需要消耗極大的帶寬。Oculus VR首席科學家Michael Abrash估計,在VR體驗當中,每只眼睛需要16K x 16K的畫面分辨率,才能再現接近真實的圖像。要傳輸如此龐大的數據量,目前的網絡還遠遠無法支撐。

        時延是當前網絡所面臨的另一挑戰,因為僅僅傳輸海量數據是不夠的,還需要對數據進行實時掃描、傳送和重整,才能實現浸入式體驗。以頭戴式AR顯示器為例,系統需要將攝像頭捕捉到的現實世界視頻和音頻信息上傳至云端進行處理,再將反饋回來的數字信息精確疊加在現實畫面上,而且不能讓人感覺到滯后,這要求時延必須少于100毫秒,但現在的網絡實際時延是其20倍還不止。

        ROADS體驗

        浸入式體驗是否可以脫離于網絡而實現?回答是肯定的。當前的浸入式技術幾乎都是封閉的系統,無需聯網也能實現。但是數字原生代的要求更高,而他們終將統領這個世界,封閉而獨立的系統,顯然無法滿足他們隨時隨地的體驗需求。

        Tom Goodwin表示:“在21世紀初,人們通常把手機稱作‘第二屏’。而現在,智能終端已成為人們接觸的首要屏幕,其他屏幕都已退居其次?!边@意味著隨時接入網絡已經成為屏幕的主要作用之一。對此Goodwin解釋稱:“近距離和即時性使得最近的屏幕成為我們聯接網絡的主要入口?!?/p>

        VR所使用的頭戴式顯示器距離我們眼睛最近,因此,它必須能夠實時在線,便于交互。該體驗稱為ROADS,即實時(Real-time)、按需(On-demand)、全在線(All-online)、服務自助(DIY)和社交化(Social),這是未來用戶對于互聯網體驗的基本需求,浸入式體驗當然也不例外。

        行業質疑

        受限于技術條件和產品化的困難,浸入式技術的發展并不是一帆風順。在VR剛剛誕生時,由于人們的期望過高,體驗不佳,還會造成暈動癥,因此飽受詬病。AR也遭到諸多質疑,人們甚至還發明了Glasshole(由Glass和asshole拼起來的罵人詞匯)一詞對其加以嘲諷。很多專家都認為,浸入式技術用處不大,只是供人把玩的小眾游戲,永遠不可能像智能手機一樣普及。

        那么,人們能找到安靜的地方,不受外界干擾,而且這個地方要有可靠、優質、低時延的網絡接入嗎?或許可以。

        增強現實:融合虛擬與現實

        現實世界再也不像以前那么能鎖定我們的注意力了,各種設備屏幕不斷地分散人們的注意力,且這個趨勢還在加劇。Tecmark的調查顯示,每個用戶每天平均查看智能手機200多次,40%的被調查者承認會條件反射式地去檢查郵箱,66%的人會條件反射地查看Facebook??鄢X時間,每天200次看手機的頻率就意味著不睡覺時每5分鐘看一次手機。

        技術權威人士Don Tapscott、斯坦福大學Byron Reeves教授等專家認為,當前的數字原生代比前輩人更加擅長任務轉換(從而更擅于應對干擾)。數字原生代經?!耙皇痔幚憩F實任務,一手玩手機”。但沒有心理學家能夠確定,人類思維已經進化到可以同時處理二項任務而不相互干擾,而人腦在這方面的局限短期內也不會改變。

        人類能夠放棄電子屏幕么?很難!

        技術能提供解決辦法么?可以!

        當下的情況是,對于人的注意力來說,真實世界和虛擬世界是相互排斥的,兩者對人的注意力是相互競爭的,而AR能融合真實和虛擬世界。

        源于1990年代的“增強現實”,在2013年因為谷歌眼鏡的熱潮,而進入大眾視線。然而,谷歌眼鏡(至少是其原迭代版本)離真正的AR還有差距。華為媒體實驗室戰略負責人Jose Alvarez指出,因為谷歌眼鏡只提供文本和簡單的圖畫的疊加,只能算對現實的補充而不是增強。

        業界所理解的AR(增強現實),是對現實世界加上虛擬層,從而增強現實世界的效果。這個定義很重要,因為AR既是原因也是結果,至于它的實現形式則無關緊要,既可以是頭戴式設備(如微軟的HoloLens)、也可以是智能手機或者平板電腦(屏幕顯示的照片上有箭頭和其他指示型標志),甚至是其他方式(3D全息增強的2D地圖)等。

        華為媒體實驗室的Jose Alvarez表示:“實現AR最大的挑戰之一就是計算能力。計算機視覺的算法必須非常強大,才能讓機器理解事物并精確追蹤物體。目前,只能采用更加強大的半導體,否則很難在功耗低的移動設備中實現計算機視覺能力?!?/p>

        此外,網絡必須能處理大量現實世界數據,識別并準確測量現實物體,然后將虛擬信息反饋到這些物體上。Alvarez認為:“AR對網絡的要求很高,要想捕獲現實物體并加上虛擬信息標簽,需要極大的網絡帶寬。AR首先要通過網絡把畫面上傳到服務器進行分析計算,然后再把結果傳回顯示界面上,這就產生了時延,而AR對時延的要求是小于100毫秒,當前網絡還無法滿足這一要求?!?/p>

        上述這些挑戰讓AR在日常生活中難以普及,至少在短期內無法實現。因此,AR目前只能在少數特殊的場合得以專門應用。

        目前看來,AR最合適的應用場景是指導類應用。Alvarez表示:“當前AR可以應用在汽車導航。如果你開車時搞不清方向,AR能讓方向箭頭自動疊加顯示在擋風玻璃上,這樣你就能在箭頭指示的情況下繼續開車。這些箭頭是為你的路線定制的,非常實用。假如你開車去拜訪朋友,那你朋友的住址可能就疊加顯示在AR路途上,這完全能夠實現?!?/p>

        此外,AR還可以應用在旅游業。當你來到一個陌生城市,你可以將自己的移動AR設備指向一個建筑物,假如這個建筑物是個旅館的話,設備就會自動告訴你房間價格,那么你就能在設備視圖中預訂房間。這也是很可能實現的。

        AR指導還能被應用在遠程任務操作中。未來借助AR,一個年輕的醫生也能在云端人工智能或者遠程高級醫生的指導下完成復雜手術;一個初級的技術工程師也能在遠程高級工程師的指導下完成復雜的修復工作,所以AR應用前景無限廣闊。

        事實上,很多人認為AR的商業用途甚至使得其前景要比VR(虛擬現實)大。人們本能地認為,與創造虛擬世界的VR工具相比,我們更需要AR設備,來完成現實世界的各種任務,減少對手機屏幕指示的依賴性。

        Alvarez認為人們應該以更加積極、長遠的眼光看待AR,他說:“AR將會強化我們的認知能力,讓人類獲得以往不具備的能力。參照搜索引擎的歷史,就應該知道,AR的未來一定很光明。20年前,誰也沒有想到我們能夠如此輕松地獲取海量信息,而現在我們對強大的搜索引擎早已習以為常?!?/p>

        未來我們對AR的感受將和現在對搜索引擎的體驗很類似。AR將會極大豐富和便利我們的生活,讓我們對其習以為常。我們的認知能力也會獲得極大提升。比如我們不會在陌生城市迷路,也不會在聚會上看著對方眼熟而無法想起對方的姓名。AR能夠讓人們免除這些憂慮,解放我們的思維,讓我們集中精力從事其他重要事務。

        AR/VR將是人類下一個,也可能是最后一個待開發的寶地。誰能夠最先洞悉未來,誰就最可能獲得極大收益。