虚拟现实VR

VR虚拟现实技术是怎样沉浸的

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虚拟现实(Viaual Reality,简称VR)作为综合了计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、三维显示技术和仿真技术等科学技术发展的新计算机领域。 技术,目前涉及的研究和应用领域包括军事、医学、心理学、教育、科研、商业、影视、娱乐、制造、工程培训等,VR技术已被公认为21世纪重要的发展课题也是影响人们生活的重要技术之一。

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VR虚拟现实技术

自从计算机被发明以来,计算机一直是传统信息处理环境的主体,它只具备处理数字一维信息空间中的问题的能力。 事实上,人类依靠自身的感知和认知能力来获取全方位的知识,在多维信息空间中理解问题。 这样,人类认知的认知空间和计算机处理问题的信息空间就产生了矛盾。 人类被排除在以计算机为主体的信息处理环境之外,难以直接了解信息处理工具的处理结果 人的感知和认知经验与计算机信息处理环境直接相关。 因此,人们迫切需要突破现有数字计算机只能处理纯数字信息的局限,建立一个能够容纳图像、声音、化学气味等多种信息源的信息空间。 人们不仅可以从外部观察信息处理的结果,而且可以通过视觉、听觉、嗅觉、密码、手势等多种形式参与信息处理环境。 该信息处理环境称为虚拟环境。 虚拟环境由计算机生成,通过视觉、听觉、触觉等作用于用户,从而产生具有身临其境感的交互式视觉模拟。

虚拟现实是一种可以创造和体验虚拟世界(虚拟世界是所有虚拟环境的总称)的计算机系统。 虚拟现实系统建立的信息空间不再是单纯的数字信息空间,而是容纳多种信息的多维信息空间(Cyber​​space)。 它可以在现代化的信息空间中得到充分利用。

打造一个让参与者身临其境、具有完美交互能力的虚拟现实系统,在硬件方面,需要高性能的计算机软硬件和各种先进的传感器; 在软件方面,主要是需要提供一个生成虚拟环境的工具集。

虚拟实验室

虚拟现实技术的特点

VR用三个“是”、“沉浸”、“交互”、“想象”来说明虚拟现实的特点,即沉浸、交互、想象,缺一不可。

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1.沉浸式

它是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。 佩戴头戴式显示器、数据手套等交互设备,用户可以置身于虚拟环境中,成为虚拟环境中的一员。 用户与虚拟环境中的各种对象进行交互,就像在现实世界中一样。 在虚拟环境中,用户感觉一切都是那么逼真,有一种身临其境的感觉。

2.互动

是指用户在模拟环境中对物体的可操作性和对环境反馈的自然程度。 虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互。 用户不仅可以通过电脑键盘和鼠标进行交互,还可以通过特殊的头盔、数据手套等传感设备进行交互。 计算机可以根据用户头部、手部、眼睛、语言和身体的运动来调整系统呈现的图像和声音。 用户可以通过自己的语言、肢体动作或动作等自然技能观察或操作虚拟环境中的物体。

3.想象力。

由于虚拟现实系统配备了视觉、听觉、触觉和动觉的感知和反应装置,用户可以在虚拟环境中通过人机交互获得视觉、听觉、触觉和动觉等多种感知。 从而达到身临其境的感觉。 VR的研发是为了拓展人类的认知和感知,建立和谐的人机环境。 VR技术是人与技术的完美结合。 它是计算机图形学和人机交互技术发展的产物。 人在整个系统中占有非常重要的地位。 借助虚拟现实技术的手段,我们可以获得对研究对象和环境的“身临其境”体验,从而提高人类认知的广度和深度,拓宽人类理解客观事物的“知识空间”和“方法空间”世界。 ,最终达到对客观世界本质更本质的反映。

沉浸式虚拟现实系统

沉浸式VR系统通过头盔显示器、数据手套等多种交互设备,封闭用户的视觉、听觉等感官,让用户真正成为VR系统的参与者,并可以通过这些交互设备进行操作和控制虚拟环境。 环境,营造身临其境、身临其境、身临其境、沉浸其中的感觉。

沉浸式VR系统的特点

① 沉浸感高。

沉浸式VR系统利用多种输入输出设备,创造出一个虚拟世界,让用户身临其境。 同时,它可以将用户与现实世界完全隔离,不受外界现实世界的影响。

②实时性高。

为了在虚拟世界中达到与现实世界相同的感觉,例如当人移动时,需要空间位置跟踪定位设备及时检测,经过计算机计算,输出相应的场景变化,以及这种变化一定要及时,延迟时间要小。

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沉浸式 VR 系统的基本组件

沉浸式VR系统分类

常见的沉浸式VR系统包括:基于头盔显示器的VR系统、投影VR系统、临场感系统。

使用头盔显示器或投影VR系统或基于头盔显示器的投影显示系统来实现完全沉浸。 它将现实世界与其隔离开来,让参与者从听觉到视觉都沉浸在虚拟环境中。

远程呈现系统是一种远程控制形式,通常用于将 VR 系统与机器人技术相结合的系统中。

VR沉浸式技术发展趋势

沉浸式技术正在迅速发展,改变着消费者和企业与数字世界互动的方式。 用户期望在更大程度上从2D界面走向更身临其境的3D世界,从3D中捕捉更丰富、更流畅的图像,从3D中获得新的体验。

未来五年:3D界面和相关技术环节将不断发生变化,人工智能有望从2018年开始对沉浸式解决方案产生更大的影响,包括加入个性化元素。

第一:使用3D输入/输出界面替代传统的平面交互

人工智能和计算机视觉技术的进步将为 3D 图像扫描、创建和消费者用例提供更多价值。 计算机视觉能力有望越来越多地嵌入到智能手机和智能终端中。 亚马逊最近投资了一个人体实验室,用于 3D 人体模型扫描。 一些初创企业和公司,如 Styku 和 Bodi.me,正在推广 3D 人体扫描,以实现虚拟试衣和健康评估。

空间音频的进步可以为用户提供将声音置于 3D 环境中并检测声音来源的体验。 谷歌 VR 音频系统创建多个虚拟扬声器来再现声波。 空间音频的进步可以为用户提供将声音置于三维环境中并检测声音位置来源的体验,而 DearVR 空间连接简化了集成音频环境与 3D 空间渲染之间的交互。

智能手机制造商的大力投资为3D深度感知成为智能手机的标准功能开辟了道路。 苹果在新款 iPhone X 中嵌入了 3D 深度感应技术。它使用的是 Tof 深度传感器。 索尼为其 Xperia xz1 系列推出了 3D Creator 应用程序,该应用程序通过使用单个相机从多个角度拍摄物体或表面来创建 3D 图像。 Gartner 预计中国、韩国和其他主要手机厂商将在 2018 年迅速效仿。

最近,高通和奇景科技宣布合作,使用结构光模块(SLIM)3d 深度感测来增强安卓智能手机的功能; 英特尔RealSense 3D传感摄像头解决方案已嵌入PC和平板电脑; Windows 10 支持的混合 PC 机内的 3D 摄像头已用于 windows 系统登录验证。

微软正在积极推动 3D、混合现实与其 HoloLens 的集成,其 2017 年 10 月发布的 Windows 10 更新提供了许多 3D 工具,例如在 3D 中绘图或将 3D 对象启用到 Office 中。 微软最近收购了社交 VR 公司 altspaceVR。 Facebook 推出了其社交 VR 平台 Facebook Space。

3D全息广告平台在室内的使用正在变得可行,三星、英特尔、国家地理、Sky和百事可乐等商业供应商正在加速布局3D全息,以提升产品和品牌体验。 随着制造商不断提高产品知名度和主流产品价格不断下降,相机市场正在发生变化。 Facebook 等公司通过提供创建和共享虚拟内容的平台有效地激励用户。

沉浸式技术的进步与人工智能和计算机视觉相结合,将重塑用户与数字世界和物理世界互动方式的未来。 从使用 3D 获得更丰富、更流畅的输入,到使用 3D 呈现新体验,用户期望将逐渐从 2D 界面转向更丰富、更身临其境的 3D 世界。

对于涉及3D技术合作的战略规划者来说,需要快速与图像处理、专业软件、图像传感器公司建立关系,这将是在价值链中占据制高点的关键。 这条价值链将围绕 3D 移动设备和智能手机市场的增长而增长。 5G 网络、专注于人机界面 (HCI) 改进的专用 AI 芯片将加速这场竞赛。

第二:更丰富的智能设备形象

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智能手机摄像头帮助用户生成以家人、朋友和同事为特色的数字内容,导致照片和视频内容快速增长,并在全球范围内广泛共享。 对于 AR、VR、MR 的增长,一个关键组成部分将是丰富化。 逼真的动画体验图像。 这些体验将忠实地反映用户的生理和个性,促进虚拟环境中所需的亲密和共存。

在协作环境中,“更多对象”往往是最重要的声音,制造商将越来越多地填补空白,提供下一代产品目录,这些目录使用图像识别来结合真实世界的场景、准确的云描述、数字孪生(Digital Twin) ). 然而,要真正让用户感觉完全沉浸在虚拟环境中,需要一个化身来代表和描绘用户。

化身是代表视频游戏、社交环境或虚拟空间中特定人物的图标或角色。 几十年来,虚拟人类交互实验室 (VHIL) 一直在探索虚拟人类视觉描绘的细微差别,从面部表情到身体姿势,以及它们如何对社交互动产生明确的影响。

一是语音技术。 例如,亚马逊在 2017 年推出了语音标签功能,允许开发人员通过同步语音和面部动画来实现口型同步。

二是面部追踪技术。 Facebook 在今年早些时候展示了一项社交虚拟实验。 通过机器学习工具从 2D 照片推断 3D 模型。 例如:loom.ai 通过机器学习将自拍转换为个人 3D 图像,并自动创建内置头像的过程。 它使用公共 API 和视觉效果 (VFX) 来创建逼真的可视化效果,然后可以将其动画化并用于一系列应用程序。

三是人体扫描技术。 总部位于多伦多的 ITSME 等公司使用全身扫描,并能够在扫描后一分钟内创建个人的 3D 肖像。 它的第一个产品 ITSMIJI 允许将个性化图像作为表情符号。

这些技术在消费者环境中也很有用,用户目前不存在于社交虚拟现实中,并且能够支持基本的自动化交互。 Furhat Robotics 等动画师也将扩展到提供品牌体验,在酒店、商店、交通枢纽和其他公共场所利用 ARVR 技术。

第三:可穿戴显示器的主流

头戴式显示器将从 2016 年的 1600 万台增长到 2021 年的 6700 万台(复合年增长率为 33%)。 在此预测期内,ARHMD 将增长到该数量的近一半。 随着 Apple 和 Google 等领先厂商发布各自的平台 ARkit 和 ARcore,开发者和消费者的兴趣有所增加。

AR 是一系列技术,可提供将物理世界与数字信息相结合的体验和用户界面。 实际上,智能手机是消费者的个人设备。 智能手机上的一般消费者 AR 体验难以获得牵引力,因为外形因素(手持设备)限制了用户行为。 大众市场用户不想不断拿起手机来获取有关周围环境的更多信息。

随着时间的推移,这些设备将成为用户必不可少的设备,多模式(触摸、手势、语音和动作)和免提交互成为这些设备的主流特征。 消费者将开始从智能手机转向 HMDS,以更透明和直观的方式与物理和数字世界互动。

计算机视觉等技术将使消费者能够直观地搜索和识别他们的物理环境。 目前,绝大多数虚拟现实销售来自头戴式显示器,主要是索尼 PSVR、Oculus Rift 和 HTC; 移动设备,例如三星的 GearVR。

另一方面,AR 的兴趣更集中于企业使用,消费者使用受到硬件成熟度、用户体验、受众范围和隐私等因素的阻碍。 随着时间的推移,技术使 AR 体验更加愉快且更具成本效益,我们预计 ARhmd 销量将超过 VRhmd 销量。

这也是因为 AR 可以为用户充当物理世界和数字世界之间的用户界面,而 VR 仅限于纯数字再现的交互。

第四:虚拟与现实的交互

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Gartner 预测,到 2020 年,增强现实和虚拟现实将融合它们的特性和功能。 预计微软的其他技术供应商可能会在 2018 年和 2019 年推出更便宜的 MR 硬件。混合现实是市场上的一种沉浸式解决方案,不如 AR 和 VR 成熟,后者是一种将 3D 图形叠加在视图之上的技术通过带透明镜片的头戴式耳机观察现实世界。

MR 促进了复杂的用户体验,增强了真实世界的视觉叠加、音频和触觉反馈。 混合现实目前处于早期阶段,试点正在进行中,主要围绕航空航天、太空探索、汽车制造、建筑和设计、医疗保健等领域展开。 该技术使企业能够使用复杂的多渠道和多视觉体验连接物理世界和虚拟世界。

与3D物体和数字世界的交互更自然,提供更灵活的虚拟和现实环境融合,支持更广泛的商业和虚拟现实协作场景。 在可视化和定制新车、新房、新互动游戏、新购物或娱乐体验(博物馆或旅游目的地)等方面将存在潜在商机。

五、硬件与市场的融合

沉浸式技术包括增强现实、虚拟现实和混合现实。 AR与实际环境关联度高,VR使用户置身于完全虚拟的环境中,MR将虚拟物体插入到实际环境中。 谷歌和苹果这两家公司都在积极关注沉浸式体验,并将其带给主流用户。

最近推出的 ARcore 旨在使 AR 开发人员无需特殊的深度传感器即可操作 Android。 Apple 的重点是 AR,因为 Apple 已经发布了 ARkit(iOS 11 的一部分)。 iPhone X 还配备前置 3D 深度感应摄像头,可让用户以三个维度观看世界。 微软是市场领导者,其 HoloLens 设备处于领先地位。

沉浸式设备和技术的现实市场非常分散,苹果、微软和谷歌等科技巨头的新兴技术市场目前所占市场份额不到 15%。 这三个领先的技术供应商都对沉浸式现实市场寄予厚望。 他们希望在这些市场中取胜,因为这是用户与设备以及物理和虚拟世界交互方式的新兴领域。

目前,AR、VR 和 MR 更像是一个独立的市场,每个市场都有特定的参与者。 沉浸式现实解决方案的成功不仅取决于硬件/设备的可用性和功能,还取决于内容、开发人员支持和生态系统。

因此,预计2018年和2019年沉浸式现实市场将经历大量整合,将出现更大的平台领导者,如谷歌、微软和苹果、Facebook等,技术进步也将推动未来三五年。 AR、VR 和 MR 市场的融合,因为新设备将能够支持不同程度的沉浸感。

如果沉浸式技术要使用户与内容和媒体的交互更加愉快和充实,那么还有很多工作要做。 而这一切的实现,主要取决于以用户为价值主张核心的技术设计。

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