引言:最近几个月虚拟现实技术受到大众极大的关注,在今年7月举行的ChinaJoy展中,虚拟现实技术更是成为了热点题材受到大众追捧;与此同时,任天堂推出的承载着80后、90后童年记忆的增强现实游戏《口袋妖怪Pokemon Go》也是影响空前,广受好评。那么究竟什么是虚拟现实和增强现实,它们究竟能做什么?能给我们带来什么变化?本文将进行逐项分析。
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR,又译作灵境、幻真)是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身历其境一般。简单来说,你看到的、听到的都是计算机虚拟出来的东西,而你以为是现实的、真的。VR 有三个基本特性,即沉浸感(Immersion)、交互性(Interactivity)、构想性(Imagination),简称3I。沉浸感是指用户可以全身心地进入虚拟世界,达到难以分辨真假、身临其境的程度;交互性是指用户可与虚拟世界进行有效、实时的参与和反馈;构想性是虚拟环境产生的基础,用户可通过联想、推理和逻辑判断等思维过程,对系统未来进展进行想象,获得新的知识,提高感性和理性的认识,产生新的构想。
增强现实(Augmented Reality,简称AR)通过电脑技术,将虚拟的信息应用到真实世界,真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。简单来说,就是在你看到真实世界的基础之上,再叠加计算机产生的虚拟图像,增强你的感受。AR必须实时地对现实世界进行响应并及时呈现给用户,否则便没有了意义。
此外,除了虚拟现实(VR)和增强现实(AR)的概念,还有混合现实(Mixreality,简称MR)的概念。混合现实,同时包含了增强现实和增强虚拟,可以认为是这两者的进一步发展,它同时保持与真实世界和虚拟世界的联系,在新的可视化环境里物理(真实世界)和数字(虚拟世界)对象共存并根据自身的需要及所处情境调整操作,并实时互动。系统通常采用三个主要特点:1. 它结合了虚拟和现实;2. 在虚拟的三维(3D注册);3. 实时运行。由于混合现实发展仍然需要很长一段时间,因此本文只讨论虚拟现实(VR)和增强现实(AR)。
尽管虚拟现实(VR)和增强现实(AR)在定义上似乎存在相似性,但是实际上他们存在着明显的差异,这些差异可以从定义差异、外形差异、交互差异这几方面进行直观地区分,同时也正是这些差异,导致了VR和AR在功能、应用领域、设备和零部件设备生产制造以及产业发展水平等方面上的差异。
(1)定义差异
VR具备沉浸性,所追求的是尽可能将用户的五官感觉置于计算机系统的控制之下,切断他们与真实世界的联系。输入100%是虚拟信号,通过完全屏蔽现实的输入信号让人无从比较来造就真实感,你看到的一切都是假象;而你要做的,多数情况下就是“葛优瘫”似地享受VR虚拟世界。AR指的是将动态的、背景专门化的信息加在用户的视觉域之上,它是以真实世界为本位,强调让虚拟技术服务于真实现实,人能够分清哪个是真的,哪个是假的。
图1: VR设备和AR设备
(2)外形区别
上图左侧统一为VR设备,右侧统一为AR设备,6个产品都是它们本身所在领域的代表之作。可以看到VR设备的整体体积都要大上一些,因此VR设备进经常被叫做VR头盔,对于外接式VR设备还需要连接线缆,佩戴舒适感较差。相对来说,AR设备的交互就要简单的多,整体外形保持在眼镜大小,除了都配备透明镜片以外,也会配备摄像头。AR设备体积较小,无需线缆连接,多称为AR眼镜,佩戴舒适感较好。
(3)交互区别
从VR定义中可以看出VR是纯虚拟场景,所以进行交互操作时需要一些传感器(如加速度传感器、陀螺仪)以及外部辅助设备进行辅助交互,比如VR手柄、动作捕捉设备、动态手套等辅助工具。VR通过这种交互,让人虽然不在现场,但是具有身临其境的感觉。AR是现实场景和虚拟场景的结合,增强对现实世界的感知,相比于VR完全创造一个虚拟空间,交互就要简单的多,AR的交互主要采用依赖摄像头和微型投影界面,从而在现实的图像上叠加虚拟的内容。(手机、平板等带摄像头的产品安装AR的软件就可以用于AR)
图2: VR(左)和AR(右)交互差异对比图
图3: VR应用领域图
如前所述,VR和AR存在在定义、外形、交互等方面均存在明显的差异,这些差异导致了VR和AR在功能和应用领域上的差异。总体来看,VR设备目前主要的应用场景多是一些娱乐活动,客户多偏向于个人消费者,比如浏览视频、VR旅游、VR游戏;同时少量面向企业级用户的如VR军事训练等。
(1)VR旅游
根据《中国VR用户行为调查》的调查结果,VR旅游是消费者最感兴趣的应用。通过结合无人机、360度全景摄像头等设备,可为游客提供便捷的景区虚拟化旅游服务,并提供景观虚拟讲解,让游客即便未去景区也能身临其境,对于一些处于极端条件下的旅游(如北极旅游等)则更具有吸引力,并能促进旅游周边产品的销售。特别的,景区还能提供一些与景区相关的极限运动等相关的VR体验。
(2)演艺娱乐
演艺娱乐行业也是消费者十分关心的领域。通过VR技术,结合现在发展迅速的直播平台,可以提供在线实时的比赛、演唱会、音乐会、电影等的视频直播。如腾讯直播BigBang演唱会就用上了VR技术,虽然清晰度不足,但燃起众多粉丝的热情。
(3)游戏
相比于VR影视,VR游戏需要设备与消费者之间的互动,相对来说设备会变得复杂一些,VR游戏的制作也相对较难,但是其真实的视觉感受和强烈的临场感相较传统游戏堪称革命性创新,能够给消费者提供良好的游戏体验,也是最近发展非常迅速的一个方向。
(4)产品演示销售
利用VR逼真的特点,在产品演示销售方面进行深入开发。如进行汽车模拟,则可以让消费者在购买前体验不同汽车配置、内外饰,从而做出最优购买决策;如房产模拟则可以根据房屋的不同特点,提供不同的模拟装修案例等应用场景,同样亦能促进产品的销售。
(5)培训教育
利用虚拟现实技术建立起来的虚拟训练基地,对具有一定危险程度的培训项目如汽车驾驶技能、企业安全培训、消防安全演练等进行虚拟训练,学生可以反复练习,直至掌握操作技能再进行真实的培训训练。
(6)医疗
通过虚拟现实技术,可以在医疗方面提供远程的人体模拟,相关专家能够远程进行手术指导,实现虚拟远程医疗。
(7)军事
在士兵的军事训练上提供虚拟的作战环境,进行虚拟的军事演习,强化士兵的作战能力,;通过模拟演练设备故障情况,可以掌握故障的处理方案并形成相应的预案,确保士兵的安全,同时也能大大降低军队开支。
相比于VR,AR的定位则要更丰富一些,除了类似《口袋妖怪Pokemon Go》这类游戏、旅游、演艺娱乐等泛娱乐方面以外,也会有不少辅助方面的应用,比如购物类软件《宜家》家居指南;实景导航类软件《随便走》;测量类软件《智能工具箱》;汽车的AR导航;工厂的辅助生产等,企业级的客户将会成为AR产品的主要消费者。企业级消费者选择AR产品主要源于AR眼镜能够主动、高效地呈现所需要的信息,作为一个生产力工具,大幅提升工作人员的劳动效率,从而有效的降低企业的成本。
(1)工业辅助生产制造和维修
通过AR眼镜将制造装配信息显示给工程师,可以不用图纸就进行零件的装配、制造和维修,并且在制造的每一个过程中都给与指引,提高装配生产的可靠性。即使是能力一般、经验不足的菜鸟,也可以通过AR技术准确解决各种各样的问题类似的使用场景可以延伸至工业上的方方面面。
图4: AR用于生产制造和维修
(2)销售辅助体验
结合现实所处的环境,利用AR技术叠加产品的效果图,可以向用户虚拟的展示产品的效果,增强客户的购物体验。如天猫的在线虚拟试衣间“魔搭”采用AR技术后,可以得到自己与商品匹配后的形象照片,体验到商品的穿戴效果;宜家利用AR可以在移动设备上直观地展示所选定的家具商品,从而大幅降低了商品不合意的可能性。
图5: 天猫的魔搭和宜家的商品展示
(3)旅游、展览
消费者在参观相关景点的时候,通过AR眼镜等可以实时看到景点的相关介绍讲解,虚实结合;同时还可以将景区的景物动态化,增强参观体验。
(4)军事
利用AR技术在真实的场景上叠加虚拟的战地场景,让士兵迅速熟悉真实的战场环境并提前进行相关的模拟训练。
(5)导航
通过AR技术将导航信息投影到汽车玻璃上,在玻璃上呈现出所需要的导航参数,相比于传统的车载导航能给用户提供更好的导航体验,提高行车的安全性。这个技术也可以应用于军事上战斗机的导航。
图6: AR导航图
(6)游戏、电视直播等泛娱乐产业
基于AR技术开发相关的游戏,在真实的场景中叠加虚拟的道具,使游戏虚实结合。如最近非常火爆的《口袋妖怪Pokemon Go》就是采用了AR技术的游戏。同样的,电视直播中,如游泳比赛中在选手对应的泳道上显示出对应的国籍和姓名也是用的增强现实技术。
图7: AR游戏《口妖怪物Pokemon Go》和电视直播中叠加的国旗标志
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