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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,开拓视野。

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VR、AR和MR改变探索世界的方式

2017-05-31 10:42:00

 

如今的现实生活被各种“R”充斥着,常令人产生一种你不知道 VR AR是什么,都不好意思跟别人聊天的感觉。尤其是2016年里约热内卢奥运会闭幕式上 AR技术的惊艳亮相,更是让 VR AR一下子成为热搜词汇。与此同时,与之相关的 MR也进入了大家的视野。 VR AR MR这些看上去如此类似,却又如此高大上的技术名词到底是什么?它们之间有什么关联,又有什么不同呢?

无论是什么“R”,都离不开“虚拟”、“现实”这两个关键词。“你选择红色药丸还是蓝色药丸?”科幻影片《黑客帝国》里有一句这样的台词。想象眼前的一幅画面上,你可以看到两颗药丸,分别是红色和蓝色的。而当你把背景颜色去掉,却发现药丸其实都是灰色的。 这个情节告诉我们:现实中多数时候,颜色都是由我们的感知系统“捏造”出来的,而且其捏造程度远远超出想象。

让我们把目光投向远方。好莱坞科幻大片《黑客帝国》和《阿凡达》在展示真正的未来吗?我们的大脑可以分辨出哪里是“真实”的终结,哪里是“虚拟”的开端吗?在数字化世界中,永生意味着什么?技术会在5 年、50年或500年后引领我们去向何方?宇宙是不是根本就不存在时间,时间只是我们为定义自己的存在而假想出来的概念?

答案,其实就在《黑客帝国》中黑人领袖墨菲斯的那句名言里:“什么是‘真实’?你如何定义‘真实’?如果你说的是你看到的、摸到的、感受到的一切,那么‘真实’不过是大脑给你的电子信号而已。”面对虚拟现实,多数人会把关注点放在“虚拟”二字上,注重针对人的各个感官认知打造的各项信号系统。但实际上,真正应该关注的是“现实”二字。墨菲斯的名言几乎才是虚拟现实存在意义的核心所在。 

VR打开虚拟世界的大门

VRVirtual Reality)就是虚拟现实技术,它是利用电脑模拟产生一个虚拟的三维世界,为使用者提供视觉、听觉、触觉等的感官模拟,让使用者能够全方位地体验到不同的虚拟场景,真正产生身临其境的观感,可以高效及时、毫无限制地观察三维空间内的任何事物。 VR典型的特征可以概括为“3I”,即沉浸感(Immer- s ion)、交互性( Interact ion)和构想性(Imagination)。 VR技术并不是指一项单独的技术,它是由三维图像渲染技术、广角立体显示技术、用户动作跟踪技术、人机实时交互技术等多项关键技术共同组成的一个综合技术系统。

VR可以被形象地比喻成“海市蜃楼”。用户看到的所有东西都是假的,无论是头戴式虚拟现实眼镜还是与 PC连接的硬件设备,都是为了给使用者建立一个完全虚拟的空间。简而言之, VR只为无中生有,用户本身只接收虚拟的视觉和听觉信号,与现实世界完全隔绝。 举个例子,当你戴上特制的头盔和手套后,会发现你已置身于一个完全不受时空限制的历史博物馆中。当你向前行走或者转头时,你所看见的景象也会随之改变。 当你穿过大厅,推开眼前的大门,发现一件精美的展品时,你甚至可以上上下下、里里外外仔细地观摩……这就是虚拟现实技术带来的真实感。

15年前,科幻电影《少数派报告》横空出世。在影片中,我们看到主演汤姆·克鲁斯仅用眼睛操作一块互动显示屏。在2016年上映的《钢铁侠3:内战》中,我们看到超级英雄钢铁侠的人工智能伙伴贾维斯更加聪明了,无论托尼·斯塔克需要什么信息它都能提供,而且都是以全息形式显示的。这些场景就是通过我们所说的 AR技术实现的。

ARAugmented Reality)就是增强现实技术,是在 VR的基础上发展起来的。它通过电脑技术,将虚拟的信息应用到真实世界,使真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到同一个画面或空间中,同时存在。AR技术的主要特点是虚实结合、虚实同步和交互自然。它的关键技术包括三维注册技术、虚实融合显示技术以及人机交互技术等。

通过 AR技术,人们看到的场景有虚有实、虚实结合。还记得2015年的春晚上,李宇春演唱歌曲《蜀绣》吗?当时在舞台上同时出现两个神采奕奕的李宇春,其中一个就是虚拟的。 制作者通过 AR技术让虚拟的李宇春和真实的李宇春同台表演,几乎达到以假乱真的地步。《蜀绣》这个节目其实就是基于计算机视觉的 AR的一种表现形式。 AR是把虚拟的信息带入到现实世界中,突出的是“真实感”,注重的是虚拟与现实的连接,目的是为了获得更震撼的现实增强体验,强调的是比 VR更真实的现实体验和更佳的交互效果。

例如,在你面前的一个商场,裸眼看时它只是一座建筑物。但当你戴上谷歌眼镜后,你能透过钢筋混凝土看到目前商场中的人流量、打折信息,甚至还能看到你曾错过的那件商品是否已经上架了。这里需要注意的是,前提是你本人就站在商场门前,这是真实的商场,而不是虚拟的商场。 

MR可视作AR的增强版

MRMediated Reality)就是混合现实技术,包括虚拟现实和增强现实技术,指的是合并现实和虚拟世界并加入一些新元素,从而产生新的、令人深信不疑的可视化环境。在新的可视化环境里,真实和虚拟对象共存,并实时互动。

还是前文的那个例子。 你正站在这个商场面前,当你戴上 MR设备,不仅能看见商场内所有的场景,而且还可以看到这个商场从规划到修建完毕的整个过程,就如同你亲自参与了修建一样。

MR是介于 VR AR之间的技术,它是由多伦多大学的教授Steve Mann提出的。简单地说,MR其实就是 AR VR的结合,取二者所长,弃二者所短。 我们可以把它视为 AR的增强版。 但其实 MRAR两者之间有着明显的不同之处:一是可由虚拟物体的相对位置来区别, MR会随你而改变,而 AR不会;二是看能否明显区分虚拟与现实的物品,AR可以,而 MR则不可以。

201510月, Magic Leap公司发布了一段视频,鲸鱼跃出水面的那一刻真是惊艳!视频中用户看到的虚拟物体和真实物体几乎是无法区分的。 虽然这段视频后来被证实是视频特效,并不是真正的 MR技术,但也为我们指明了 MR最终的发展方向。

综上所述,VR是虚拟的,是把你的意识带入一个虚拟的世界,它需要用户戴上 VR眼镜等设备才能够看到。AR是虚拟与现实的结合,真真假假、真假难辨,是把虚拟的信息带入到现实世界中,是光学加3D重构出来的画面,很多时候用户只用裸眼观看就可以达成效果。而 MR因为是VR AR混合在一起构建的画面,所以相对而言,MR更像是两种画面的结合。 MR可以实现虚拟和现实的无缝连接,让用户分不清虚拟影像和真实存在。可以肯定的是,MR技术一定会成为未来的主流。无论是 AR还是 VR,其实在今天看来只是同一条道路上的两个分支而已,它们终究要走到 MR的大路上来。因为单个技术是没有办法应付未来复杂的应用场景的。

各种“R”的相继出现,给我们的生活、工作和学习带来更丰富的体验。同时,随着VRAR技术的不断进步,这些体验也会越来越真实,使用成本越来越低。 也许在将来的某一天,我们在家中欣赏 VR版的《奔跑吧兄弟 N》就像在 PC上观看《奔跑吧兄弟4》一样习以为常;同学聚会时,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;我们的孩子在学习世界地理时,真的可以呆在教室里就能去胡夫金字塔里探索,在卢浮宫前拍照,在亚马逊雨林中冒险。让我们共同期待这一天的到来吧!

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