虚拟现实新纪元何时开启?

说到显示设备,大家第一反应可能就是显示器或者各种显示面板,它是一种输出设备用于显示图像及色彩。从早期的黑白世界到色彩世界,显示设备走过了漫长而艰辛的历程,随着显示器技术的不断发展,它的呈现形式也五花八门,分类也越来越精准。目前显示器的种类大致可以分为LED显示器、4K高分显示器、电竞显示器、专业显示器、3D显示器等。其中3D显示器曾被公认为显示技术发展的终极梦想。欧美、日韩国等发达国家早于20世纪80年代就纷纷涉足立体显示技术的研发,在90年代陆续获得不同程度的研究成果,分为需佩戴立体眼镜和不需佩戴立体眼镜的两大立体显示技术体系。

淘汰传统屏幕 虚拟现实新纪元何时开启?

随着2012年谷歌发布Google Glass,把虚拟现实技术、增强现实、头戴式显示器带到了大众的视野中,这一概念完全颠覆了传统的图像显示设备。2013年,CES展上头戴显示器Oculus Rift引起了强烈的关注,此后,索尼、三星、LG等公司也投入到了虚拟现实头戴显示器的竞争中。

Oculus Rift

今年年初,微软又发布了HoloLens全息眼镜,它无需借助电脑、手机等设备,就能够创建或获取信息、娱乐、游戏以及与人进行沟通,摆脱了原有头戴式显示器需附属于其他智能设备的局面,把显示技术和其他科技的融合又提升到了新的高度。

虚拟现实将显示技术和其他科技融合提升到了新的高度

不得不说,虚拟现实已发展到了一个新的纪元,它给我们带来的感官刺激不仅来源于视觉上的冲击,还可能包含触觉、空间感,视角也由平面180度向立体无死角发展等等。目前,头戴式虚拟现实显示设备还未在市场上普及,让大家有些眼花缭乱、云里雾里的感觉,下面笔者就为大家介绍一下这些技术。

三维空间的虚拟世界

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR,)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,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。在上个世纪80、90年代发达国家就已开始研究该项技术,它是多种技术的综合体,包括实时三维计算机图形技术,广角(宽视野)立体显示技术,对观察者头、眼和手的跟踪技术,以及触觉、力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。

VR技术广泛应用应用-医疗/军用

VR技术的应用实际上已极为广泛,在1993年时对全世界范围内VR研究项目统计,就有800多个,统计结果表明:在娱乐、教育及艺术方面的应用占据主流,达21.4%,其次是军事与航空达12.7%,医学方面达6.13%,机器人方面占6.21%,商业方面占4.96%,另外在可视化计算、制造业等方面也有相当的比重。目前,国外在虚拟现实系统的硬件构成方面提交的专利申请相对较多,技术也较为成熟。

VR研究项目

其中,主要研究领域涉及传感技术(包括运动传感器,三维位置传感器,视觉、力觉和触觉传感器技术)、输入输出设备(如头盔式三维立体显示器、数据手套、多方位体验真实感的传感器和三维声音产生器)等。我国也建立了专门的研究机构,对虚拟现实技术开展了研究,已取得了一定的成果,并投入到了实际应用。

VR在医学和军事与航天方面的应用具有十分重要的现实意义

VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中,建立虚拟的人体模型,借助于跟踪球、HMD、感觉手套,可以学习了解人体内部各器官结构,对虚拟的人体模型进行手术等。而模拟训练一直是军事与航天工业中的一个重要课题,这为VR提供了广阔的应用前景。

VR技术的广泛应用-娱乐/教育

丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具,VR在该方面发展最为迅猛。对于游戏的开发,角色扮演类、动作类、冒险解迷类、竞速赛车类的游戏,其先进的图像引擎丝毫不亚于目前的主流游戏引擎的图像表现效果,而且整合配套的动力学和AI系统更给游戏的开发提供了便利。目前已投入市场商业运营,显示出了很好的前景。

VR提高了艺术表现能力

作为传输显示信息的媒介,VR在艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术(如油画、雕刻等)转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。另外,VR提高了艺术表现能力,如一个虚拟的音乐家可以演奏各种各样的乐器,手足不便的人或远在外地的人可以在他生活的居室中去虚拟的音乐厅欣赏音乐会等等。同时,各种大型的文艺演出效果,也可能通过VR技术进行效果模拟。

VR虚拟现实技术能够提供学员更多的辅助

VR技术在教育领域,主要是发挥其互动性和生动的表现效果,用于立体几何、物理化学等相关课件的模拟制作。解释一些复杂的系统抽象的概念如量子物理等方面,VR同样是非常有力的工具。而且在相关专业的培训机构,VR虚拟现实技术能够提供学员更多的辅助,比如虚拟驾驶、各种交通规则的模拟。特种器械模拟操作、模拟装备等等。

VR技术应用-城市规划/地理交通

用VR技术不仅能十分直观的表现虚拟的城市环境,而且能很好的模拟各种天气情况下的城市,可以一目了然的了解排水系统,供电系统,道路交通,沟渠湖泊等等;能模拟飓风、火灾、水灾、地震等自然灾害的突发情况。对于政府在城市规划的工作中起到了举足轻重的作用。

VR技术对于政府在城市规划的工作中起到了举足轻重的作用

无论是在空中、陆地还是海洋河流的交通规划模拟方面,VR虚拟技术都有其得天独厚的优势,不仅仅能用三维GIS技术将各种交通路线表现得十分到位,对于相关工程建设提供可靠的参考数据。

常用VR技术做室内360度全景展示和室内漫游

用VR技术不仅能十分完美的表现室内的环境,而且能在三维的室内空间中自由行走。目前业内常用VR技术做室内360度全景展示和室内漫游,受到一致好评,而且不仅能在室内漫游,还能用VR技术做预装修系统,可以实现即时动态的对墙壁的颜色进行更换或贴上不同材质的墙纸,还可以更换地面的颜色或贴上不同的木地板、瓷砖等,更能移动家具的摆放位置、更换不同的装饰物。

第5页:增强现实:真实和虚拟集成

增强现实:真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成

增强现实 (Augmented Reality,简称AR),是在虚拟现实基础上发展起来的新技术,它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术,把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术,模拟仿真后再叠加,将虚拟的信息应用到真实世界,被人类感官所感知,从而达到超越现实的感官体验。

VR是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术

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。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器溶合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。

VR技术将虚拟的信息应用到真实世界

增强现实技术,不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来,两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中,用户利用头盔显示器,把真实世界与电脑图形多重合成在一起,便可以看到真实的世界围绕着它。AR系统具有三个突出的特点:①真实世界和虚拟世界的信息集成;②具有实时交互性;③是在三维尺度空间中增添定位虚拟物体。该技术可广泛应用到军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、电视转播、娱乐等领域。

现有最普及的虚拟现实产品

通过上面的介绍,想必大家对虚拟现实(VR)、增强现实(AR)已经有了一定的了解,下面我们来说说头戴式显示器(Head-mounted displays,简称HMD),也称头盔式显示器,由德国弗劳恩霍弗光学微系统研究所研制,基于VR或AR技术开发出来的一款突破性设备。被广泛应用于虚拟现实系统中,用以增强用户的视觉沉浸感。它通过一组光学系统(主要是精密光学透镜)放大超微显示屏上的图像,将影像投射于视网膜上,进而呈现于观看者眼中大屏幕图像,形象点说就是拿放大镜看物体呈现出放大的虚拟物体图像。

头盔式显示器由德国弗劳恩霍弗光学微系统研究所研制

头戴式显示器能以比普通显示器小的多的体积产生一个广视角的画面,通常视角都会超过90度。因为对应左右眼的显示屏通常是完全独立的两个显示屏,所以头戴显示器一般都支持立体影像的播放。头戴式显示器通常可以接受交换帧、左右并排、上下并排、双通道DVI 的信号,现有的头戴式显示器可以接 HDMI 1.4的3D封装格式,可以显示1920×1080的全高清的3D画面。

在海外市场用于游戏、娱乐的头戴显示器已得到了大力的推广

其实,在科技发达国家对于头戴式显示器研究在 1980年代之前就已经出现并用于政府和军方,随后发展到医疗等方面。至于民用方面,直到2012年,也只有少数的制造商为普通消费者提供产品。近两年,用于民用头戴显示器的发展得到了各大厂商的重视,头戴式显示器的体积和重量不断缩小,显示效果也在提高。在海外市场用于游戏、娱乐的头戴显示器已得到了大力的推广,国内市场还处于相对空白的状态,存在着巨大的潜力。

头戴显示:身临其境颠覆传统

Oculus Rift头戴显示器可以为玩家带来身临其境的游戏体验,陀螺仪控制的视角会随着使用者头部的移动而转变,因此不会致人头晕。根据iFixit对这款设备的开发者套件版进行拆解,让笔者了解到了其使用的显示屏和控制器类型。

Oculus Rift的内部结构

Oculus Rift使用了一块从中间分离的1280×800分辨率LCD显示屏,分别在左右两只眼上显示出同样的图像,以制造3D图像效果。Oculus Tracker V2电路板可以在1000Hz的刷新率下跟踪头盔的位置。采用的芯片包括STMicroelectronics 32F103C8 Cortex-M3微控制器、72MHz处理器和MPU-6000六轴动作跟踪控制器(陀螺仪和加速度计)。

Oculus Rift的内部结构

另外,设备内部还有一块名为A983 2206的芯片,它可能是一枚三轴磁力仪,用来和加速度计一起纠正陀螺漂移。至于和PC的连接,iFixit指出这款设备包含了HDMI,DVI,mini-USB和DC-in接口。拆解发现,设备输入使用的是DVI接口,但控制盒能够把HDMI转换到DVI,目前版本不支持VGA。

索尼Project Morpheus

其他品牌相对成熟的头戴式显示器还有索尼的Project Morpheus,目前仅支持PS4游戏机,其外形采用了分体式的头带+显示屏设计,内置了大量现金的传感器,能够判断方位、动作,另外屏幕分辨率也高达1080P,虽然依托于PS4平台以及索尼深厚的游戏资源,但Project Morpheus无法与其他智能设备相联接,给该款产品的发展带来了局限性。

作为韩国电子产品的领军品牌,三星公司自然也不甘落后,去年9月在发布平板手机Galaxy Note 4的同时推出了头戴虚拟现实装备 Gear VR,该产品是三星联合Oculus共同研发的,由于Oculus的Rift虚拟现实头盔目前尚处于测试阶段,所以从严格意义上来说,Gear VR实际上是Oculus面向大众市场推出的首款产品,该产品未来的市场表现将有可能会对Oculus和三星在虚拟现实领域的尝试产生重大影响。据了解,Gear VR的屏幕实际上就是Galaxy Note 4的5.7英寸超高清Super AMOLED屏幕,用户在使用时只需将Galaxy Note 4插入到Gear VR的卡槽中,即可在玩游戏或看电影时获得虚拟现实体验。

三星Gear VR

相对于其它虚拟现实头盔设备而言,可以与手机搭配使用,无需与电脑或游戏主机相连接就能够体验到虚拟现实的乐趣。售价和软件支持是Gear VR能否被用户认可的关键,如果想要通过这款设备享受虚拟现实体验的话,必须拥有一台Galaxy Note 4,对于普通消费者而言不是很现实。此外,开发者对基于Android平台的虚拟游戏开发热情目前还是个未知。

移动虚拟现实的黎明已不远

如果你对上面的几款产品表现出了浓厚的兴趣,但动辄四五千元的价格让你颇有压力或无法接受,那么囊肿羞涩的你就注定要跟这些高科技的玩意儿无缘了吗?答案是否定的,下面笔者就再为大家介绍一款谷歌Cardboard黄色纸板盒。

谷歌Cardboard黄色纸板盒

在2014年的谷歌I/O大会上,参会的开发者可以领到一个看起来有点寒碜的小小的黄色用再生纸板盒,别看它其貌不扬,但却是大会上最令人惊喜的产品——廉价3D眼镜Cardboard。Cardboard纸盒内包括了纸板、双凸透镜、磁石、魔力贴、橡皮筋以及NFC贴等部件。按照纸盒上面的说明,就组装出一个看起来有些简陋的玩具眼镜。据了解该产品可以自行购买零件进行组装,而其成本只有2美元。最为神奇的是,当它加上智能手机后,就可以组成一个简单的虚拟现实设备,据说效果十分震撼。

谷歌Cardboard黄色纸板盒

根据最新消息,Oculus VR的首席技术官约翰·卡马克(John Carmack)表示将会参加今年3月2日-6日在旧金山Moscone会议中心举行的游戏开发者大会(GDC),并以“移动虚拟现实的黎明”(The Dawn of Mobile VR)为话题发表演讲,并表示这个“黎明”即将到来。根据GDC举办方透露的信息卡马克将会探讨如何让移动虚拟现实变得更加逼真的技术细节,如何最大优化VR游戏、应用和使用体验的质量等等。

一场视觉革命正在悄然而至

时代在不断的推翻自己旧有的思想,衍生出新的思路向前奔跑着,身处在这样的环境中,墨守成规显然只有被之而淘汰。无论现有的产品多么的成熟安稳,我们总需要有多一点点的勇气去敢于寻求更多的突破。通过本文的介绍,笔者可以预见的是,VR/AR技术的开发必然会成为未来发展科技产品演变的主旋律,而虚拟现实这种技术必将会终结液晶屏幕的时代。

相信在未来会有更多添加这项技术的产品问世,一场视觉革命正在悄然而至。而离人们视野最近的虚拟现实头戴显示设备,也正在侵蚀着传统显示设备。当虚拟现实、虚拟显示等高端的科技名词越来越多的充斥在消费者生活中的时候,人们急切的希望能通过身边常见的IT产品,亲手操作式的去感受科技对生活的推动。