將全世界變成一塊觸碰式螢幕,虛擬實境VS擴增實境,未來的「現實世界」屬於誰?

2015.06.20 by
虎嗅網
將全世界變成一塊觸碰式螢幕,虛擬實境VS擴增實境,未來的「現實世界」屬於誰?
本文原載theatlantic,作者AVA KOFMAN,機器之心翻譯出品,參與成員:葉雨溪、Rita、赤龍飛、Karalii、汪汪、羅...

本文原載theatlantic,作者AVA KOFMAN,機器之心翻譯出品,參與成員:葉雨溪、Rita、赤龍飛、Karalii、汪汪、羅康、孟婷、小力、曾㶲、李小魚、奇、Viola。

在參與了美國二戰期間包括曼哈頓計畫在內的一系列科學研究之後,工程師Vannevar Bush把研究重點轉向了一種反戰主義的科學儀器上。

創意的源起,與科技的進展無關,是想像力與需求

在1945年7月出版的《大西洋月刊》上,Vannevar Bush描繪了他的一個構想——一部可連接在普通眼鏡上的頭戴式觀景窗,可記錄評論、照片以及科學實驗資料。 他這樣寫道:「想像一下未來實驗室裡的研究者,他的雙手是自由的,他是不被束縛的...... 他(研究員)的觀景窗比核桃還要小,附在普通眼鏡...... 這遠非是普通的構想」,在許多層面上,Vannevar Bush的構想都是如今這些AR設備的先驅。

幾十年來,我們不斷地發展AR技術來強化物理世界——每一次技術反覆運算都承諾要將物理世界變成一個虛擬世界的計算介面,但也只有在過去的幾年裡,我們的頭戴設備才變得不那麼碩大、笨重和昂貴,圖像疊加技術也逐漸發展,不再局限在細細的線條內。

早在20世紀90年代,AR就被用來描述為電子設備投射到物理世界的任何技術。 它與VR不同之處在於,VR靠投影在你眼前螢幕上的立體三維來進行類比,而AR是直接在環境中進行環景投影。

1990年,波音公司的裝配工在組裝波音777飛機的電線時就佩戴了一種可以直接疊加飛機機體的顯示儀,這樣可以節省組裝過程中前後來回看的時間。 1993年,現為喬治亞理工學院教授的Thad Starner製造了可搜尋和錄製資訊的程式設備,成為該技術在流行和廣泛應用前的先行者。

從想像到實現:AR與VR轉眼都已經發展了六十年

在移動計算和影像處理技術的推動下,AR和VR都進化到可穿戴、便攜且滿足大眾需求的產品。 六十年工程技術的不斷努力後,第一波滿足市場需求的VR產品開始角逐消費者市場:上個月,Facebook旗下的Oculus VR表示Oculus Rift 將于明年正式發表。 同樣的,HTC的Vive 和Oculus與三星聯合打造的Gear VR也將於今年底搶佔市場。 AR設備可能會稍微略晚一些:兩款備受矚目的AR行動裝置——Microsoft的HoloLensGoogle的Magic Leap都還沒有確切的發佈時間。

不再是有先見之明的科學家、科幻小說家和工程師的專利產品,AR和VR已進入大眾生活,正試圖干涉人類看待世界的方式。

沉浸在VR中意味著你無法不撞到牆的四處走動,或者看到你正在維修的飛機全貌,因此Magic Leap和HoloLens這樣的AR設備更具備左右我們日常生活的潛力,甚至還有機會取代智慧手機、桌面系統甚至整個桌子。

Starner說,一旦他看到在現實世界中,用操作熟練的超個人化設備能夠讓他的生產力和影響力得到強化,他就對虛擬實境失去了興趣。 還有許多人也同樣從虛擬實境轉向擴增實境,或者俗稱的AR。

斯坦福大學的電氣工程助理教授Gordon Wetzstein說:「AR真的可以無縫地集成到日常生活之中:例如溝通、工作、資訊視覺化、戶外遊戲等等,在幾乎任何你能想出的各個領域...... 這將從根本上改變人與人交流的方式。」

備受期待的Magic Leap

目前,Magic Leap 還停留在秘密研發階段,沒有向外界公開更多細節。 但是幾個親身體驗過這款產品的體驗者們表示,Magic Leap帶來的震撼只能用「描述宗教體驗的語句來形容」。 Graeme Devine,是一位有著多年遊戲設計經驗的設計師,他表示儘管自己一開始對Magic Leap持懷疑的態度,他還是被說服去參觀了Magic Leap的辦公室。 在那裡,他見到了一些他以前從未認為可以實現的事物。 「我認為我是一個懂些科技並且不會輕易被震撼的人。 我在Apple工作(這個公司已經足夠令人驚奇),但是當我親眼目睹他們正在進行的創舉,我馬上就說,「我該如何參與進來?」

雖然不知道Magic Leap去年展示給Google風投機構的是什麼產品,但毫無疑問這些產品抓住了投資人的心,讓他們印象深刻。 去年十月,Google領投了Magic Leap一輪5.42億美元的融資,使這家四歲的公司估值達到了20億美元。 Magic Leap的創始人和CEO,Rony Abovitz,在Reddit上公開宣稱:「我相信人們會非常喜歡這種新型的計算裝置(能力),它絕不會比他們理想中的行動裝置差。」

Magic Leap網站上發佈的圖片彰顯了他們的勃勃野心:一隻小小的大象在一個人的手掌中嬉戲;孩子們為教室中懸浮的海馬歡呼鼓掌;飛龍振翅越過紫色的天空。

一篇特別的專利說明展現出Magic Leap的願景:他們要將全世界變成一塊觸碰式螢幕——同時又不需要螢幕存在。 (就像他們正在申請的商標上的那句口號:「世界就是你的新螢幕」)

微軟已經暗示了AR設備的多種潛在功能,在4月份的開發者大會上,微軟首次推出的應用包括教育、工作場所、手術室、實驗室等。 凱斯西儲大學(Case Western University)的研究者們與微軟合作,試圖變革醫療教育和健康管理。 例如,借助于HoloLens,它能夠展示出一個全3D的還在供血的心臟模型,你還可以對它進行旋轉,這將為有經驗的外科醫生和醫學專業的學生提供重要的視覺化線索。

在另一個令人激動的展示中,微軟展示了HoloLens如何能使用火星車所收集的資訊,讓你感覺自己站在這個紅色星球上。 NASA計畫今年夏天使用這個技術來控制他們的火星車。 利用這個裝置的手勢命令,NASA的科學家還將能夠相互協作。

無論是創業新貴Magic Leap,還是老牌巨人微軟,他們所描述的一切,都像魔法一樣,這真的可能成為現實嗎? 考慮到商業競爭和工業間諜,微軟和Magic Leap對硬體細節嚴格保密,但是專利和商標顯示,Magic Leap的技術是直接將光線投射到視網膜,產生的圖像和你平時所看到的一樣

Wetzstein解釋道:這種方式能欺騙大腦,讓它無法分辨光線是來自外界,還是來自于Magic Leap的微型光纖投影器。 這樣密集的光場顯示,允許眼睛可以感知到不同距離的物體——創造出景深的感覺,使眼睛能聚焦在虛擬的物體上,就如同它們真的存在於現實世界中一樣。 與Google眼鏡所形成的懸浮平面畫面不同,Magic Leap的虛擬物體直接投射到周遭環境,所以看上去非常真實。

微軟還沒有確切的說明HoloLens如何將光照入人的眼睛,但Wetzstein發表的一些關於近眼顯示的論文,披露了可以通過多種方法創造出與Magic Leap相似的光學效果。 微軟發佈的技術說明稱,HoloLens使用電腦感應器從現實世界採取即時資料,以確保其環景圖像能準確融入周圍的現實環境,一個定制的環景處理單元(HPU)負責以足夠快地速度來獲取並處理這些資料,從而避免視覺延遲。 另外,除了上述的環景圖像,這一設備還採用了雙耳音訊,即兩耳能聽到不同的聲音,或是說 「空間的聲音」,換句話說,你聽到的聲音和聲源與你雙耳的相對位置有關。 這樣,你會真的能夠聽到巨龍朝你俯衝而來,怒吼聲灌滿你的右耳。

AR目前的問題一:硬體設備的大小依舊是待解決的問題

但在這些可能發生之前,AR設備仍然面臨著許多障礙。 其中最主要的是如何將這麼多的硬體整合成一個無線的、輕便的頭戴設備,其大小和價格應該和一副比較昂貴的太陽鏡相當。 換句話說,問題不再是是否能夠將環景的圖像與現實完美的融合,而是以什麼樣的成本,怎樣完美實現這個理想。

Wetzstein說:「我已經試過了市場上所有類似的設備,我仍然覺得我們任重而道遠...... 如果Magic Leap可以實現他們所承諾的效果,那將會是一個重大的改進。 然而,AR面臨著許多挑戰,因為設備需要尺寸小且耗電低,而且還有許多光學、電子學和視覺效果的挑戰。 」他進一步指出,AR顯示必須以圖像的形式強有力地表現出「一種驚人的視覺體驗」,與此同時還要保持小型、舒適和便攜,從而讓使用者有穿戴它的欲望。

《麻省理工技術評論》的Rachel Metz記者曾試戴過這兩款設備,她認為Magic Leap計畫推出的目標產品的成像效果不如另一個版本,但後者的尺寸要大於目標產品。 她表示,雖然微軟已經在開發者大會上展示了HoloLens,公眾也能瞭解到其大小尺寸,但Magic Leap對於自己產品的大小還尚未確定

AR目前的問題二:攜帶式硬體設備的傷痛,耗電與電池大小

普渡大學電腦圖形學助理教授David Whittinghill表達了自己的擔憂,「很多數位設備的奇跡往往被一個因素制約,那就是耗電。

  • 你如何讓電池為這些影像記錄器來供電?
  • 你如何做到小型化?
  • 你如何讓它移動並且將重量降到人們可以隨身攜帶的程度? 」

Wetzstein也指出,AR設備要想成為日常生活中的可穿戴設備,它還需要一個足夠明亮的顯示來在戶外使用。 但是話又說回來,顯示越亮耗電越多。

AR目前的問題三:精準投射與即時呈現的技術品質

此外,如何產生具有現實感的「幻象」,並將他們自然地與周遭背景融為一體的難題一直存在。 在頭戴設備上,任何輕微的投影錯位或時間延遲都可能讓人產生不適,一點小問題就會讓人對設備產生厭煩,而一次明顯的錯誤背景映射會讓人認為設備完全無法正常工作。

電腦視覺正可以解決這些問題:頭戴設備需要知道眼睛正看向何處何物,還必須能感知周圍的真實世界,知道什麼東西正在移動而什麼東西保持靜止。

AR目前的問題四:如一般人的視野大小

然而即使虛擬的圖像能成功地與物理世界正確對接,設備本身也達到了合適的可接受的大小,但AR的觀感可能仍比不上VR設備中更寬闊的視野。 儘管Demo展示了浸入式的AR體驗,但實際上,頭盔內的視野仍然限制在一個較小的視窗內。 參加微軟開發者大會的記者提到圖像經常會跳出HoloLens的視野之外,而據《連線》雜誌估計,這個範圍大概在40度左右

有些人形容HoloLens過窄的視野顯示區域只有大約一台電視機尺寸大小,這無疑削弱了環景影像的體驗,而另一些人則受「目光所及之處週邊區域未經任何增強處理」導致的視覺斷層困擾。 Verge網站的Adi Robertson談到他的理解:任何事物一旦移出視窗之外就消失了,所以對週邊視覺的渲染就顯得多餘。

Quartz網站的Alice Truong 稱Hololens受限的視角為「隧道視覺的AR版」。

在NVIDIA公司負責近眼顯示研究的David Luebke說,AR顯示普遍存在的一個嚴重問題就是有限的視角。 Luebke正在和美國北卡州立大學合作一項名為「點光顯示」的專案,這種顯示擁有100度的視角,也許隧道效應將不會成為未來AR設備的短板。 但在實現該目標之前,Luebke相信VR設備所具備的寬闊視角,使得其更可能成為日常工作或娛樂中的利器,比如取代傳統立方體式的顯示器。

倘若能夠在Oculus Rift所提供的完整視野下欣賞電影,誰還願意費勁地看懸浮于眼珠子前一小塊螢幕的影像呢? 更何況萬一距離不對,播放一半的電影將會突然消失。

AR的技術瓶頸決定了產業結構

鑒於上述困境,很難出現一家壟斷的情形。 Starner預計,相對於一家獨大,使用者們更願意選擇全套的AR與VR設備,可以實現不同解析度下觀賞需求,「比如影像遊戲更適合大視野,而對醫院的手術室、資訊應用以及個人資訊管理以及其他的一些應用,你只需要一個小視野。

這些偏好表明未來的可穿戴設備需要滿足:人們必須想要穿戴它們。 谷歌眼鏡的失敗擺放在HoloLens和Magic Leap面前,成為它們需要面臨的困境。 早期的谷歌眼鏡消費者都因公開穿戴這個產品受到了指責。

Magic Leap如果想要得到大規模應用,它不僅要像蘋果手機那樣吸引所有人的眼球,更要對那些沒有穿戴這個設備的人完全無害。 「如果你因為別人異樣的眼光而不在公共場合穿戴谷歌眼鏡,那誰又會在意它是否對你有害呢? 」

明尼蘇達大學運動機能學的一位研究近眼設備運動傷害的教授Thomas Stoffrengen做出這樣的評論,「AR可以減少這些問題,但這是否仍然會是一個社會問題,我們將拭目以待。」

微軟公司首先想到的是推出一台不用長時間穿戴的設備——它將為專業研究提供便利——這也就有可能使這台設備比Magic Leap更加受歡迎。 加州大學的一位專門研究早期可移動AR設備的研究人員Tobias Höllerer教授預測道:「這些即將上市的設備的應用領域將會較為狹窄」——這也就意味著它們可能僅將用於處理那些智慧手機不能完成的任務。

一些細分的商業市場——建築師展示藍圖,遊客參觀古遺址,水管工建議維修——本身不會大規模使用,但他們至少會使社會有效開拓消費者的專業和個人化使用。

也許最有效的說明大眾是否能接受頭戴式設備的測試是Starner,他穿帶個人電腦系統來改善生活的時間比任何人都長。 1993年,Starner首次把笨重的個人電腦設備裝在一個肩袋裡,一位電腦科學家問他為什麼想要一個移動電腦。 Starner說,當他現今穿著更另類時尚的頭戴設備時,人們會把他拉到一邊問:「這是什麼? 我能試一試嗎? 我能買它嗎? 」當然,電腦和它們的科學家們,走過了很長路。

Vannevar Bush預測,半個世紀之後,可能真的「世界已經到達一個設備具有超高可靠性並且便宜而又複雜的時代,這些東西一定會到來。 」

原文出處:虎嗅網
本文來源於微信公眾號:機器之心(almosthuman2014)

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