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ar增强现实 涉及的基本知识

2016年08月25日 18:01:524310

VR和AR在过去的2015年着实火了一把,根据高盛2016年2月份发布的《VR与AR:解读下一个通用计算平台》报告显示:基于标准预期,到 2025 年 VR/AR 市场规模将达到 800 亿美元。

那么你了解VR和AR麽?


ar增强现实 涉及的基本知识 AR资讯 第1张

目录结构:
一、概述
        1.1 VR概述
            1.1.1 VR定义
            1.1.2 VR特征
        1.2 AR概述
            1.2.1 AR定义
            1.2.2 AR特征
二、关系与区别      
        2.1 VR与AR的关系
        2.2 VR与AR的区别
            2.2.1 交互区别
            2.2.2 现有设备区别
            2.2.3 技术区别
三、公司与产品
四、趋势领域
五、总结          
一、概述
1.1 VR概述
1.1.1 VR定义
根据百度百科中对VR的定义:
VR(Virtual Reality,即虚拟现实),是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在20世纪80年代初提出的。其具体内涵是:综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备,在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。其中,计算机生成的、可交互的三维环境称为虚拟环境(即Virtual Environment,简称VE)。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的技术。它利用计算机生成一种模拟环境,利用多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。
通俗一点讲,VR是模拟出来了一个虚拟的三维场景,然后把人的意识放进去,并进行一些列交互操作。比如模拟创建一个三维的LOL(英雄联盟)地图,然后把人的意识放到(沉浸在)地图里充当英雄进行游戏(VR全都是假的)。
1.1.2 VR特征
根据维基百科中对VR特征的描述:
从技术的角度来说,虚拟现实系统具有下面三个基本特征:即三个“I”immersion-interaction-imagination(沉浸—交互—构想),它强调了在虚拟系统中的人的主导作用。从过去人只能从计算机系统的外部去观测处理的结果,到人能够沉浸到计算机系统所创建的环境中;从过去人只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息发生作用,到人能够用多种传感器与多维信息的环境发生交互作用;从过去的人只能以定量计算为主的结果中启发从而加深对事物的认识,到人有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识从而深化概念和萌发新意。
通俗一点讲,VR强调将人完全沉浸在虚拟的世界中,并尽量使人无法察觉在其中,同时在虚拟世界中通过位置追踪、头部追踪、手势动作捕捉等进行交互操作。
1.2 AR概述
1.2.1 AR定义
根据百度百科中对AR的定义:
AR(Augmented Reality,即增强现实),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,是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。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。
通俗一点讲,增强现实就是将虚拟叠加到真实之上,从而使得真实的感官体验更真实。比如把一朵虚拟的三维玫瑰花影像放在一个真实的花瓶里,并会随着风吹而舞动花瓣AR是半真半假的
1.2.2 AR特征
根据维基百科中对AR特征的描述:
北卡大学罗纳德·阿祖玛(Ronald Azuma)于1997年提出,增强现实包括三个方面的内容:将虚拟物与现实结合;即时互动;三维。
很明显,AR就像它的中文名字“增强现实”一样,是在三维世界里通过虚拟对真实的丰富,并可以实时交互。
二、关系与区别
2.1 VR与AR的关系
在学术研究上对相关领域的关系划分如下图所示:
ar增强现实 涉及的基本知识 AR资讯 第2张
注:Mixed Reality:混合现实;Modulated Reality:调制现实;Mediated Reality:介导现实。关于这三个的介绍,感兴趣的同学可以从英文版维基百科中查看。
其中,根据维基百科混合现实的定义如下:
混合现实(Mixed Reality,简称MR)指的是结合真实和虚拟世界创造了新的环境和可视化,物理实体和数字对象共存并能实时相互作用,以用来模拟真实物体。混合了真实、增强现实、增强虚拟和虚拟现实技术,其中还包含有增强现实和增强虚境(Augmented Virtuality)。
1994年,保罗·米尔格拉姆(Paul Milgram)和岸野文郎(Fumio Kishino)提出的现实-虚拟连续统(Milgram's Reality-Virtuality Continuum)。他们将真实环境和虚拟环境分别作为连续统的两端,位于它们中间的被称为“混合现实(Mixed Reality)”。其中靠近真实环境的是增强现实(Augmented Reality),靠近虚拟环境的则是增强虚境(Augmented Virtuality)。
ar增强现实 涉及的基本知识 AR资讯 第3张
通过上述介绍可以看出:在学术研究上增强现实包含虚拟现实,而增强现实和虚拟现实又均包含于混合现实之中。
不过,在现阶段已有的产品设备上,VR设备和AR设备还是有明显的区别的,在2.2.2我们将介绍如何区分现阶段的VR设备与AR设备。
2.2 VR与AR的区别
就像前面在介绍VR和AR的定义时所讲,VR全都是假的,而AR是半真半假的。VR是把人的意识带入到一个虚拟的世界里,而AR则是把虚拟的信息带入到现实世界中。VR是虚拟的入口,注重虚拟的真实感,使人忘记其正身处虚拟之中,而AR是虚拟与现实的连接入口,与VR设备主张的虚拟世界沉浸不同,AR注重虚拟与现实的连接,是为了达到更震撼的现实增强体验。
目前主流的VR设备是通过创建一个虚拟的三维场景,并追踪人的位置、头部、动作等信息来进行交互的。而目前主流的AR设备是通过设备识别判断(二维、三维、GPS、体感、面部等识别物)将虚拟信息叠加在以识别物为基准的某个位置,并显示在设备屏幕上,可实时交互虚拟信息。
2.2.1 交互区别
VR设备:由于VR是纯虚拟场景,所以VR设备更多的是用于用户与虚拟场景的互动交互,更多的使用是:位置跟踪器、头部追踪、动作追踪、眼部追踪、数据手套、数据头盔等等。比如Oculus的Rift、HTC的Vive、三星的Gear VR、暴风影音的暴风魔镜等,当然,还有一些VR视频直播设备,如NextVR的红龙摄像机系统、Jaunt家的Jaunt ONE。
AR设备:由于AR是现实场景和虚拟场景的结合,所以基本都需要摄像头,在摄像头拍摄的画面基础上,结合虚拟画面进行展示和互动。比如Google的GoogleGlass、微软的HoloLens等。
2.2.2 现有设备区别
正如上述交互区别所讲,VR设备(普通用户消费级设备)注重沉浸感,因此VR设备都具有封闭性,这是为了防止用户被现实环境影响而降低对虚拟系统的沉浸体验,所以VR设备通常设计成封闭的头戴式形式,与脸部接触部分均有橡胶或海绵,为了增强舒适感的同时也是为了防止漏光从而形成封闭空间。同时,根据现阶段的3D呈像原理VR设备通常都是凸透镜。这些综合在一起导致VR设备看起来比较笨重。

因此,现阶段的消费级VR设备普遍具有【封闭性、凸透镜、笨重】的标识。

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ar增强现实 涉及的基本知识 AR资讯 第5张

相比,AR设备从外形上就要轻便的多,且通常以眼镜的形式呈现(如Google Glass),并配有摄像头来捕捉现实场景。AR设备的镜片通常是透明棱镜,图像就通过镜框中的微型投影仪投射在棱镜上,再通过棱镜反射近人眼,人眼透过棱镜,就观看到了叠加在现实场景之上的显示内容。
因此,现阶段的消费级AR设备通常具有的【轻便、透明棱镜、摄像头】的标识。

ar增强现实 涉及的基本知识 AR资讯 第6张

2.2.3 技术区别
(PS:技术小白,此部分直接摘抄自TechWeb)
类似于游戏制作,创作出一个虚拟场景供人体验,其核心是Graphics各项技术的发挥。和我们接触最多的就是应用在游戏上,可以说是传统游戏娱乐设备的一个升级版,主要关注虚拟场景是否有良好的体验。而与真实场景是否相关,他们并不关心。VR设备往往是浸入式的,典型的设备就是Oculus Rift。
AR则应用了很多Computer Vision的技术。AR设备强调复原人类的视觉的功能,比如自动去识别跟踪物体,而不是我手动去指出;自主跟踪并且对周围真实场景进行3D建模,而不是我打开Maya照着场景做一个极为相似的。典型的AR设备就是普通移动端手机,升级版如Google Project Tango。
三、公司与产品
在刚刚过去的2015年,VR和AR的火爆可见一斑。2015年,微软发布了AR设备Hololens;Magic Leap推出特效宣传视频,完成8亿美元融资;腾讯发布MiniStation微游戏机,宣布VR战略、平台、生态计划;Google推出Project Tango,宣称安卓将会开发VR版本;NextVR直播了NBA新赛季揭幕战和美国民主党总统竞选辩论大赛….. 在过去的两年中,VR/AR 领域共进行了 225 笔风险投资交易,投资总额 35 亿美元。根据高盛2016年2月份发布的《VR与AR:解读下一个通用计算平台》报告显示:基于标准预期,到 2025 年 VR/AR 市场规模将达到 800 亿美元。报告中也介绍当下的VR/AR生态系统,如下图所示。

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从零部件到VR/AR成品,再到各种不同的应用领域都已有涉及,2016年,VR/AR继续发酵,Oculus 3月份发售Oculus Rift CV1;HTC 4月份发售HTC Vive,并推出Oculus Touch外设。在市场需求和投资者不断进入下,VR/AR生态系统将会继续发展和完善。
更全的VR/AR产品见:
http://www.zhihu.com/question/28446842。
四、趋势领域
先来看一个例子:2015年微软在E3游戏展上展示使用Hololens玩《Minecraft》这款游戏,下图中的演示者在现实世界的桌子上建造了一个虚拟的游戏全息影像。此外,微软还展示了两名玩家如何在同一个Minecraft世界中互动,以及HoloLens用户如何通过语音命令来完成控制。下图中的玩家所处的是现实世界,通过增强现实摄像机,能看到了佩戴Hololens的演示者所能观察到的画面。

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下图是非增强现实摄像机的视角,演示正对着空气不知在操作什么。
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根据高盛发布的《VR与AR:解读下一个通用计算平台》报告表示:游戏、直播和视频娱乐将占整体VR/AR营收预期的60%。不过,在军事、医疗、教育、旅游、工业维修等领域VR/AR也都有应用前景。
1、在游戏领域:
正如上述微软在E3上展示AR设备Hololens玩《Minecraft》一样,增强现实在游戏领域可以给玩家带来更丰富的游戏体验,在真实世界中通过叠加虚拟数字信号来增强游戏体验。VR设备在游戏也已有应用,目前在SteamVR平台上已经可以通过HTC Vive来体验虚拟现实游戏。Steam的官方网页显示,目前支持虚拟现实的游戏有204款,其中不乏《Half-Life》这种大作,并且所有推荐游戏都支持 Base Station动作捕捉系统。设想将来通过虚拟现实等技术可以让位于全球不同地点的玩家,共同进入一个虚拟的场景,以虚拟替身的形式,进行网络对战。不过对于现阶段一些图像变换迅速的虚拟现实游戏,现有VR设备需要解决的一个弊端就是“眩晕感”。根据高盛AR/VR报告预测,VR/AR游戏领域2020年年销售额为69亿美元,2025年达到116亿美元。
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2、在直播领域:
在直播领域主要是VR技术的应用,在体育直播、音乐节直播、世界性会议直播等方面都有涉及。2015年,NextVR直播了NBA新赛季揭幕战和美国民主党总统竞选辩论大赛。国内方面,2016年4月30日至5月2日强氧科技将采用VR直播的方式直播草莓音乐节。不过现阶段,VR直播设备的高昂成本将是进入这个领域的壁垒。根据高盛AR/VR报告预测,VR/AR直播领域2020年年销售额为7.5亿美元,2025年达到41亿美元。

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3、在视频娱乐领域:
在视频娱乐影视领域,VR/AR是一种新的电影和电视娱乐形式。相比于在二维屏幕上看电影,用户能完全沉浸在虚拟现实影片中。在当下中国的娱乐市场上,真人秀综艺节目深受观众们的喜爱,或许VR/AR技术的引入会给观众们带来更真实的沉浸式与明星近距离接触的观看体验,同时会给真人秀节目带来更高的收视率。根据高盛AR/VR报告预测,VR/AR直播领域2020年年销售额为7.5亿美元,2025年达到32亿美元。
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4、在医疗领域:
VR/AR技术在医疗上的有几个运用案例:(1)作为工具在诊疗过程和日常工作上帮助医生解决问题,如利用VR/AR技术轻易地进行手术部位的精确定位;(2)用于物理治疗及恐惧症的治疗(如恐高症等);(3)通过虚拟网络使患者更易就诊。根据高盛AR/VR报告预测,VR/AR直播领域2020年年销售额为12亿美元,2025年达到51亿美元。
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5、在教育领域:
VR/AR技术有潜力成为教育领域的标准工具,能够变革学生在基础教育和高等教育(大学及以上)阶段的受教方式。教师可以利用虚拟现实或增强现实技术让学生们在3D环境中与物体进行互动。例如:学生可以通过与虚拟世界的互动,了解太阳系、历史事件以及人体内部构造等。Google为学校免费提供Cardboard来推进这一市场。目前,其已开展了逾百次“模拟实地考察”。根据高盛AR/VR报告预测,VR/AR直播领域2020年年销售额为3亿美元,2025年达到7亿美元。

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五、总结
无论VR/AR领域对于投资者来说是不是一笔好买卖,但是对于普通消费者来说,VR/AR技术不断的发展和应用会给我们的生活、工作、学习等方面带来更丰富的体验,同时随着VR/AR技术的不断进步,这些体验也会越来越真实,越来越经济。也许将来某一天我们在家里看VR版的奔跑吧兄弟N就像现在在PC上看奔跑吧兄弟4一样习以为常;也许将来某一天我们同学30周年聚会时,真的可以把虚拟的我们聚集在某一个场景中一起回忆从前,不会再有因为距离等原因而不能全员到场的情况发生;也许将来某一天我们的孩子在学习世界地理时,真的可以在胡夫金字塔里探索,在卢浮宫前拍照,在亚马逊雨林里冒险。让我们共同期待这一天的到来吧。
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