人类的黑魔法:虚拟现实与增强现实来了世界还有意义吗

虚拟现实与增强现实(VR): 能够让人感觉进入了一个并不存在的人工制造的环境之中“这是哪儿,我怎么到了这里”

增强现实(AR):能够让人感觉在所处的环境中增加了一些並不存在的人工制造的实体。“这是什么它怎么出现在这里?

所谓VR:虚拟现实与增强现实从字面上理解,就是虚假的不真实的,但咜又是现实说明又有着能够骗过大脑的真实性。通过一个封闭式的头戴显示器遮住用户的视线随后在视线范围内显示画面,配合用户頭部的转动改变画面的内容以此骗过大脑,让用户以为自己身处在另一个现实世界中这就是VR。首先需要挡住视线然后显示画面,画媔还需要骗过人类的大脑

何为AR:增强现实,同样先从字面上理解在现实的基础上做强化,让现实拥有更多的内容以火遍全球的《精靈宝可梦GO》为例,通过手机屏幕在本来是街道的区域出现宝可梦的身影这便是增强现实。相对于虚拟现实与增强现实增强现实由于需偠大量的现实画面,因此虚拟部分的内容较少能够交互的内容也更少一些。因此AR不遮挡用户视线而是在现实中出现虚拟内容。

从定义語中我们可以看到,VR与AR的共性至少有两点即“3D”与“交互”。缺乏其中任何一点就不能称之为真正的VR或AR。这也是为何部分学者把VR、AR視为一体的原因VR与AR应用趋向不同。这是因为VR与AR所使用的构建3D场景的技术及其展现设备不同带给用户的体验差别较大,最终导致二者走姠不同的应用方向

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原标题:是时候谈谈虚拟现实与增强现实和增强现实对你我的意义了

不少人第一次听说时多少会有些嗤之以鼻人们对Glass的态度从“呃,不时尚”转变为觉得这种产品“令囚毛骨悚然”——一些媒体人大做文章嘲讽那些敢戴Google Glass的人,戏称他们为“glassholes”

从早期得到的糟糕反响来看,Google Glass一度销声匿迹也不足为奇泹是之后,尽管Google Glass的使用臭名昭著但是的想法将注定对我们的日常生活产生深刻的影响,这点却是事实而且看起来今年我们可能在极大程度上看到这种真实感。

在结束的拉斯维加斯举办的消费电子展(CES)上人们的反响达到了高潮。所以我们不妨谈一下它对你我而言的意义吧……

首先,也是最有意义的一点是“增强现实”(AR)和“”(VR)之间的差异“虚拟现实与增强现实”是一种完全的浸入式体验,这种体验更像昰一种独自的体验而不是“嘿,伙计看看这个……”而且,从现实意义来讲短期内,虚拟现实与增强现实将会对游戏以及其他娱乐領域如电影,产生最大且最直接的影响在虚拟现实与增强现实领域,, 和Google之间的竞争异常激烈但是,虚拟现实与增强现实(VR)在某些方面應用还不太广泛缺乏吸引力,而且设备昂贵发售量极少。

相对而言增强现实机会更大且更适时,因为它为我们的日常生活增添了另外一种科幻色彩增强现实的应用是无止境的,这也是为什么它的市场价值被预估到了数十亿美金尽管再生的Google Glass卷土重来,但是这场竞赛Φ还有其它强有力的竞争者如Garmin Varia Vision 和 微软 。你手中便利的智能手机也能轻而易举地将增强现实带到生活中来;而且很可能将是你体验这种新技術的第一个进入端口

所以,我对增强现实能够进入我们的生活感到兴奋这里有几点原因:

我们可能会开始重新与这个世界建立联系

我們的智能手机生活带来的最令人失望的后果之一是我们不再抬头看这个世界了。坐在公交车上我们不再去欣赏美丽的黄昏,也不再去观察那些走在街上穿着怪异的人很久之前在纽约,我看到过穿着极其艳丽的艺术家Andy Warhol(安迪·沃霍尔)从我坐的公交车前经过……如今这种情况昰绝不会发生了因为我手里有了智能手机。由于增强现实在细节上“层层叠加”它会帮我们获得有关我们看到的事物的更多信息。例洳查看一下微软 HoloLens网站,你就能了解到它将如何使远在千里之外的爸爸帮你修理水槽像Blippar这样的一些公司正在努力为你提供你在现实世界Φ看到的事物(一个工厂,一幅画天空……)的更多情境。

如果你能够对你正在看的东西的迅速叠加更多细节你可能会开始更加仔细地看,并且学到的也更多用这种方法教育孩子简直太棒了。想象一下漫步于动物园,将你的智能手机在一种动物面前悬停一会儿你就能馬上了解到该动物源自于哪个国家,最喜欢的食物是什么还有它有没有可能吃掉你,等等这些信息

商业街和电商的竞争将会消失,取洏代之的是一种更加全面的购物体验

我们现在在网上购物……真棒!网购简单、有趣、高效然而商业街也并没有因此倒闭!但是有很多机会能够真正将这两种方式进行融合。想象一下你可以通过完美的虚拟形象试衣服,而不是一件衣服买三个尺码再退回两件有了3D“虚拟试穿技术”,例如Belcurves,你可以看到一个3D版的自己穿着具有完美剪裁和走线的衣服……你可以进行放大或旋转以决定衣服是不是合身在商店裏,你也可以这样做;或者通过如WantList这样使用视觉识别技术的应用程序将你的手机悬停在一件衣服上看看它跟家里的裙子搭不搭。老实说現在这就是虚拟现实与增强现实令人兴奋的地方(管它会不会让人产生孤独感呢)……买买买!想象一下,经过商店看到的每件衣服都能试穿……独自一人在商店里……但是事实上你从头到尾就躺在家里的沙发上。像Trillenium这样的公司很快将会使这种体验变成现实

你打开冰箱就会看箌里面食物的卡路里数。你取出一块奶酪你的Google Glass会告诉你切多少能保证你摄入的卡路里数不会超过200。你的瑜伽老师的全息图会出现在你的愙厅给你上课(没错没错,未来就是现在这样)如果你的教练就在你家里,并且站在你的面前你一定会更加努力。

这些只是冰山一角而巳我很高兴在接下来的几个月我还会继续就这个话题进行探讨。如果我们能与世界重新建立联系欣赏我们周围的一切,而不仅仅是欣賞屏幕上的风景……那我们确确实实是取得了进步……而且技术将会改善我们的现实生活而不是与之一争天下。

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虚拟现实与增强现实技术以计算機技术为基础综合了计算机、传感器、图形图像、通信、测控多媒体、人工智能等多种技术,通过给用户同时提供视觉、触觉、听觉等感官信息使用户如同亲历其境一般。借助于计算机系统用户可以生成一个自定义的三维空间。用户置身于该环境中借助轻便的跟踪器、传感器、显示器等多维输入输出设备,去感知和研究客观世界在虚拟环境中,用户可以自由运动随意观察周围事物并随时添加所需信息。借助于虚拟现实与增强现实用户可以突破时空域的限制,优化自身的感官感受极大地提高了对客观世界的认识水平。

虚拟现實与增强现实有交互性(Interaction)、沉浸性(Immersion)和想象性(Imagination)三大特点也被称为 3I 特点。借助 3I 特点通常可以将虚拟现实与增强现实技术和可视化技術、仿真技术、多媒体技术和计算机图形图像等技术相区别。交互性是指用户与模拟仿真出来的虚拟现实与增强现实系统之间可以进行沟通和交流由于虚拟场景是对真实场景的完整模拟,因此可以得到与真实场景相同的响应用户在真实世界中任何操作,均可以在虚拟环境中完整体现例如,用户可以抓取场景中的虚拟物体这时不仅手有触摸感,同时还能感觉到物体的重量、温度等信息沉浸性是指用戶在虚拟环境与真实环境中感受的真实程度。从用户角度讲虚拟现实与增强现实技术的发展过程就是提高沉浸性的过程。理想的虚拟现實与增强现实技术应该使用户真假难辨,甚至超越真实获得比真实环境中更逼真的视觉、嗅觉、听觉等感官体验。想象性则是身处虚擬场景中的用户利用场景提供的多维信息,发挥主观能动性依靠自己的学习能力在更大范围内获取知识。

随着相关技术的发展虚拟現实与增强现实技术也日趋成熟,这种更接近于自然的人机交互方式大大降低了认知门槛,提高了工作效率虚拟现实与增强现实技术巳经从过去的军事和航空领域,拓展到建筑设计、产品设计、科学计算可视化、远程服务和娱乐等众多民用领域尤其在手术导航和城市規划方面有非常重要的应用。临床上使用的外科手术导航系统大部分都是采用虚拟现实与增强现实技术,为医生提供了病灶部位的虚拟影像和计算机生成的其他辅助信号医生通过计算机和其他设备实时得到视觉、触觉、听觉信息,为手术选择合适路径作为一种全新的信息处理方式,虚拟现实与增强现实技术给人类带来全新的生活体验

增强现实技术,也被称为混合现实技术(Mixed RealityMR),是伴随着计算机水平的提高而发展来的一门新技术它以计算机为工具,将人为构建的辅助型虚拟信息应用到真实世界使虚拟的物体信息和真实的环境信息相疊加到同一个画面或空间,同时呈递给用户被用户感知获得比真实世界更丰富的信息。增强现实由虚拟现实与增强现实发展而来

增强現实技术是在虚拟现实与增强现实技术的基础上,于上世纪 90 年代初兴起的它也是一种以计算机技术为基础的人机交互技术,但与虚拟现實与增强现实不同增强现实技术是要在真实场景中添加计算机虚拟产生的物体信息,达到“虚实融合”的效果提高用户对真实世界的感知能力。增强现实技术借助于多种设备如光学透视式头盔显示器(SHMD)或不同成像原理的立体眼镜等,使虚拟得到的物体叠加到真实场景中同时出现在用户的视场中。用户在不丢失真实场景信息的前提下可以获得虚拟物体的信息并与之交互。相比于虚拟现实与增强现實增强现实技术系统的实现要更复杂,因此对相关技术要求更高除了计算机技术、通信技术、人机界面、传感器、移动计算、分布式計算、计算机网络、信息可视化等技术之外,还对心理学、人机工程学等有比较高的要求增强现实系统通过分析大量数据获取场景中各種位置信息,以便将计算机生成的虚拟物体以合适的姿态精确地定位到真实场景中特定位置构建增强现实系统一般包括四个基本步骤:

(1)利用摄像机获取真实场景信息;

(2)建立不同坐标系之间关系,对真实场景与摄像机相关位置信息进行数据分析;

(3)利用计算机生荿所需虚拟物体;

(4)将虚拟物体和真实场景在显示器中进行显示建立一个增强现实系统的原理如图 所示。增强现实系统中成像设备、交互技术、跟踪与定位技术被称为三大支撑技术

增强现实系统借助于多种显示设备来显示真实场景和虚拟物体叠加后的图像如 S-HMD。S-HMD 使鼡了一种称为分光器的分光镜能够将其上部的液晶显示器中的影像反射到用户眼睛中,同时不会妨碍真实环境中的光线穿透进去于是虛拟物体信息和真实场景信息同时被用户获得,实现了增强现实的效果虽然这种显示技术原理简单,技术成熟但由于设备过于笨重,佩戴后不舒适因此实际中更多使用其他商业化的显示系统。为了实现虚拟物体和真实场景的完美融合必须要确定虚拟物体与真实场景融合后的准确位置。跟踪定位系统便是要实时监测场景中观察者位置和姿态、观察方向和运动状态以观察者视场为基准建立坐标系,通過仿射变换得到虚拟物体的正确显示位置大多数增强现实系统使用视频检测的跟踪定位方式,即识别视频中的特定标志点根据不同标誌点的位置信息计算获得整个场景的位置信息。视频检测的方式定位精度高不再需要其他设备,是目前增强现实技术研究的一大热点甴于在现实世界中与虚拟信息交互比较困难,大多数的增强现实系统依然在使用菜单的交互方式
 增强现实系统采用了部分与虚拟现实与增强现实相似的技术,但是两者也有显著的差异:虚拟现实与增强现实是用虚拟场景代替真实场景而增强现实则是以真实场景为背景,加入虚拟信息作为补充用户与真实场景交互的同时,计算机可以收集到真实场景中各种辅助信息
在医学上,人体的结构解剖数据可经甴计算机进行可视化处理重构出的虚拟影像可以在增强现实系统中实时投影到患者相应位置,医生便可以通过成像设备透过患者表皮看箌内部解剖结构准确定位病灶,提高手术质量虚拟现实与增强现实只是把真实世界展示给用户,而增强现实则是把虚拟世界和真实世堺同时展示给用户实现了虚实结合。它能为人们探索宏观世界和微观世界提供极大的便利具有很好的经济、社会效益和诱人的发展前景。

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