虛擬現實(shí)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化臨界點(diǎn)？

　　Google VR 硬件處理器

　　Google自己的SoC芯片也表明了Google不僅僅要進(jìn)軍VR領(lǐng)域，還要開(kāi)拓VR硬件領(lǐng)域。為了推動(dòng)VR的發(fā)展，據說(shuō)Google要開(kāi)發(fā)自己的系統級芯片。來(lái)自The Information的報告稱(chēng)，Google與元件供應商洽談來(lái)共同開(kāi)發(fā)針對虛擬現實(shí)和增強現實(shí)的芯片設計。該報道引述消息人士的話(huà)，Google一直在“尋找芯片的核心，進(jìn)而確保芯片供應商可以提供足夠動(dòng)力?！?/p>

　　實(shí)際上，Google自己似乎也在支持這一報道。公司在公開(kāi)放出一個(gè)名為“多媒體芯片架構師”的職業(yè)招聘，該職業(yè)將“主導芯片開(kāi)發(fā)”，開(kāi)發(fā)范圍主要在“多媒體方面，包括圖像處理，視頻處理，穩定化等等”。招聘要求是“在SoC的圖像/視頻/播放流水線(xiàn)方面有相應經(jīng)驗”，而最終目標是把芯片“產(chǎn)品化”。

　　Google Tango

　　Tango項目是開(kāi)發(fā)有電腦視覺(jué)傳感器的一系列手機和平板。這讓設備可以做3D室內地圖，深度測量、增強現實(shí)和其他任何開(kāi)發(fā)商能想出的功能。

　　Tango項目在2014年公布了一個(gè)開(kāi)發(fā)者工具包，Google表示已經(jīng)賣(mài)出超過(guò)3000個(gè)。在2014年Google I/O網(wǎng)絡(luò )大會(huì )上，Google和LG宣布在2015年會(huì )公布一款商業(yè)產(chǎn)品，但是這從未發(fā)生。但在2016年CES大會(huì )上，Google和聯(lián)想宣布第一款商業(yè)Tango設備會(huì )在今夏上市。

　　投資 Magic Leap

　　2014年，Magic Leap 接受 Google 高達 5.5 億美元 B 輪投資。2015年早期，麻省理工評論將Magic Leap技術(shù)評為2015年10大技術(shù)突破之一，該公司致力于增強現實(shí)的研究，它能讓你看到與真實(shí)世界無(wú)縫銜接的虛擬3D物體。Magic Leap很少談?wù)撈浼夹g(shù)或策略。但是麻省理工評論了解到這家公司正致力于能夠處理光的硅片研究，并邀請開(kāi)發(fā)商來(lái)為這個(gè)設備添加內容，現在并沒(méi)有一個(gè)公開(kāi)發(fā)布日期。

　　虛擬現實(shí)技術(shù)基礎：以頭戴式可視設備(HMD) 為例

　　頭戴式顯示設備(HMD)可能是與虛擬現實(shí)相關(guān)的最能被一眼認出的東西了。有時(shí)候它們也被叫做VR頭盔或是VR眼鏡。你可能從名字就猜到了，這些都是安置在你的頭部、直接向你的雙眼顯示圖像的顯示設備。至少，如果有一個(gè)設備符合這兩個(gè)條件，你就可以在廣義上把它叫做HMD。

　　HMD并不僅僅被用于虛擬現實(shí)，它們同樣還能用于軍事、醫療、工程等領(lǐng)域。一些HMD讓用戶(hù)能夠通過(guò)它們來(lái)觀(guān)察外界，將電子信息投射到所見(jiàn)的真實(shí)世界中，這一般被叫做“增強現實(shí)”。

　　當我們回頭審視虛擬現實(shí)領(lǐng)域中現存的各種HMD時(shí)，會(huì )很明顯地發(fā)現，這些設備絕不僅僅是將兩塊屏幕綁在你眼前。無(wú)論是作為個(gè)人影音設備、還是全方位VR交互界面，為了獲得沉浸的體驗，HMD都需要整合許多技術(shù)。讓我們來(lái)看看你應該有所了解的那些最重要的技術(shù)吧!

　　顯示技術(shù)

　　顯然，顯示屏是一臺HMD中最重要的組件之一，畢竟這是你在使用的時(shí)候傾注最多注意力的地方?，F在的HMD設備會(huì )使用各種技術(shù)向眼球投射影像，其中最常用的顯示技術(shù)是液晶顯示，也就是LCD。LCD也被用于制造智能手機、電視機、以及計算機的屏幕。另一種相似的顯示技術(shù)OLED(有機發(fā)光二極體)也已經(jīng)被一些HMD設備采用。HMD顯示屏有兩個(gè)相當重要的指標：刷新率(refresh rate)和延遲(latency)。

　　像素和顯示

　　由于智能手機和平板電腦掀起了某種制造在數英寸的小屏幕上顯示高密度像素的“軍備競賽”，HMD也沾了光。像素是形成一張圖片的小點(diǎn)。顯示屏上每平方英尺的像素點(diǎn)越多，顯示出的圖像就越逼真。根據Apple公司創(chuàng )始人兼前CEO Steve Jobs的說(shuō)法，一旦你每英寸的像素(ppi)達到了300，那么人類(lèi)的眼睛在距離屏幕10到12英寸的位置上就分辨不出單獨的像素點(diǎn)了?，F在，高端手機的顯示屏在往600 ppi的方向發(fā)展，這意味著(zhù)對于普通的智能手機用途來(lái)說(shuō)，多余的這些像素純粹都浪費了。HMD設備就不同了——你的眼睛距離顯示屏只有幾英寸，這些額外的像素密度將帶來(lái)天壤之別。

　　視網(wǎng)膜投影

　　另一種尚未大規模應用、但的確存在于一些頭戴式設備中——比如Avegant公司的Glyph——的顯示技術(shù)，叫做視網(wǎng)膜投影，其中用到的迷你電子投影儀會(huì )通過(guò)微型鏡片將圖像投影到你的視網(wǎng)膜上。它將你眼球的背面作為屏幕。視網(wǎng)膜投影的支持者認為，與采用LCD或OLED顯示技術(shù)的HMD設備相比，采用視網(wǎng)膜投影技術(shù)的HMD在成像質(zhì)量和用眼疲勞方面都有優(yōu)勢，只不過(guò)限于目前的技術(shù)水平，視網(wǎng)膜投影還不能提供其它技術(shù)能夠給予的沉浸視野。

　　刷新率

　　刷新率指的是在一段時(shí)間內顯示屏更新顯示內容的速度。一般來(lái)說(shuō)，LCD計算機屏幕可以達到每秒60次，也就是60Hz。這也意味著(zhù)最大的幀速率是每秒60幀。電影一般是每秒24幀。最近一些新電影，比如霍比特人，提升到了48幀每秒(fps)。對于觀(guān)眾來(lái)說(shuō)，這讓電影看上去感覺(jué)更為流暢和真實(shí)。對于網(wǎng)絡(luò )視頻(比如YouTube上的那些)來(lái)說(shuō)，60fps正在開(kāi)始慢慢流行起來(lái)，特別是用GoPro之類(lèi)的攝像頭拍攝的動(dòng)作影片。既然虛擬現實(shí)要的就是讓人產(chǎn)生身臨其境的現場(chǎng)感和沉浸感，那就要問(wèn)問(wèn)應該要達到什么樣的刷新率才行了?？瓷先?0fps是最低的門(mén)檻，90fps的表現會(huì )相當不錯。一些HMD設備甚至支持120Hz的刷新率。

　　延遲

　　延遲是一個(gè)輸入到一個(gè)輸出之間的時(shí)間間隔。比如，如果你在虛擬世界中轉頭，但你看到的圖像要用1到2秒才能跟上你新的頭部位置，那么你會(huì )體驗到嚴重的延遲。為了騙過(guò)你大腦中的視覺(jué)系統，虛擬現實(shí)需要非常低的延遲——通常來(lái)說(shuō)，一流的體驗中延遲需要達到20毫秒或是更低。不幸的是，延遲并不是一件能被簡(jiǎn)單解決的事：它不僅僅由你的顯示屏決定。從位置感應器到計算機硬件都會(huì )影響圖像傳輸到顯示屏的速度，每一個(gè)部件都會(huì )添上一點(diǎn)延遲。因此，一個(gè)低延遲的顯示屏是必須的，但只有它往往是不夠的。

　　光學(xué)

　　如果你拿起手機，將LCD顯示屏放到臉前，很有可能你看不到任何變化。為了創(chuàng )造出身處虛擬世界的沉浸感，屏幕上的平面圖像需要被放大到足以充滿(mǎn)視野。南加州大學(xué)一個(gè)研究團隊做了一次實(shí)驗，結果表明，任何試圖達到無(wú)邊界、讓人沉浸的視覺(jué)效果的HMD設備，都需要保持90到100度的視場(chǎng)(FOV)。HMD中的鏡片對此至關(guān)重要。我們的視場(chǎng)并不像屏幕一樣是方形的，也不是平板的，所以光學(xué)上的技巧必不可缺。有許多不同的HMD光學(xué)設計，對于應該用什么鏡片以及背后的原因也眾說(shuō)紛紜，但一致的看法是，鏡片的質(zhì)量非常重要。一臺使用了廉價(jià)鏡片的HMD設備可能在成像質(zhì)量、清晰度、以及不希望發(fā)生的扭曲現象(unwanted distortion)幾方面都會(huì )很糟糕。對一臺已經(jīng)賣(mài)出去的HMD設備，能做的效果最顯著(zhù)的升級通常就是更換更高級的鏡片。

　　頭部追蹤

　　如果你能清晰地看到圖片，那真是再好不過(guò)了，不過(guò)如果不知道你頭部的位置的話(huà)，計算機也就無(wú)法了解你在注視著(zhù)哪里?，F代的HMD設備使用各種技術(shù)來(lái)準確追蹤頭部的位置。獲益于不斷發(fā)展的智能手機技術(shù)，我們現在可以在芯片上放置多維加速度計(multi-axis accelerometer)，而紅外跟蹤攝像頭則可以準確捕捉到HMD上的標記，它們會(huì )將位置信息傳輸給計算機。不在固定位置使用的移動(dòng)HMD就無(wú)法利用到外置攝像頭進(jìn)行追蹤了，原因非常明顯，不過(guò)有一些新的技術(shù)——比如微軟的Hololens和Google的Tango計劃中用到的——可以通過(guò)在加速度計之外添加多種感應器來(lái)完成位置計算。

　　眼動(dòng)追蹤

　　目前，至少有一款HMD設備(FOVE)宣稱(chēng)整合了眼動(dòng)追蹤技術(shù)。但是也有一些第三方為其他HMD產(chǎn)品提供這樣的升級包。

　　眼動(dòng)追蹤使得HMD可以計算你在看哪里，隨后利用這個(gè)信息做一些事。比如，它可能會(huì )調整屏幕上圖像的深度(depth)來(lái)更貼切地模擬自然視覺(jué)，虛擬角色將會(huì )能夠對你的注視作出反應，或者你可以在虛擬世界中通過(guò)目光來(lái)快速選擇菜單項。

　　眼動(dòng)追蹤可能會(huì )是一種用處極廣的重要輸入信息，讓我們能夠更自然地與界面進(jìn)行交互。

　　眼動(dòng)追蹤技術(shù)才剛剛進(jìn)入虛擬現實(shí)領(lǐng)域不久，時(shí)間會(huì )告訴我們開(kāi)發(fā)者們最終用它做出了什么。

　　音頻硬件

　　HMD設備的音頻沒(méi)有太多可說(shuō)的東西，一些HMD設備會(huì )自帶耳機部分，而另一些則不那么做?？梢赃x擇使用自己的耳機的HMD設備也屢見(jiàn)不鮮，這些設備自帶的耳機是可以被移除的。

　　計算機硬件

　　HMD既是輸入設備、也是輸出設備，它能夠追蹤你的頭部移動(dòng)、也能夠向你眼中投射圖像。在這兩個(gè)步驟之間就是計算硬件的領(lǐng)地。事實(shí)上在計算硬件方面，所有HMD都能被歸入三類(lèi)。第一種是完全內置計算硬件的設備，這些一般都是移動(dòng)的、用電池供電的系統。通常這種硬件是拓展了用途的智能手機，甚至就是使用智能手機來(lái)完成所有需要的計算。第二種HMD設備自身不具有任何計算能力，它與外部的計算機連接。通常這種HMD設備接受HDMI輸入，用USB接口傳出頭部追蹤數據。第三種是前兩種的結合，既有自己的內置硬件，也允許外部裝置接入。

　　雖然智能手機硬件的性能已經(jīng)足以提供一定程度的虛擬現實(shí)體驗，但仍然遠遠比不上計算機和主流游戲家用機能做到的地步。所以，從視覺(jué)逼真度和幀速率的角度而言，專(zhuān)門(mén)的外部計算硬件仍然是最好的選擇。

　　其他硬件

　　HMD的制作可以使用到各種各樣的材料：硬板紙、塑料、金屬、以及其他任何能把部件連在一起的東西。對于特定的一款HMD設備，考慮一下你能調整哪些地方是很重要的一件事。頭部綁帶的調整范圍就是重點(diǎn)之一。如果你戴著(zhù)眼鏡，記得確認HMD設備是不是能夠容納眼鏡、或是通過(guò)調整HMD的鏡片可以讓你無(wú)需再戴眼鏡。最后，舒適的襯墊和人體工程學(xué)設計常常被人忽視，但卻也都是重要的因素。

　　輸入配件

　　之前提到過(guò)，HMD可以捕捉你的頭部位置信息，但是更多樣的輸入形式也不可缺少——除非你愿意站在固定的一點(diǎn)上，既不走動(dòng)也不與其他東西交互。目前，最主流的虛擬世界游覽方式是通過(guò)現有的視頻游戲外設。這包括了游戲用的手柄、飛行控制桿、賽車(chē)方向盤(pán)以及鼠標和鍵盤(pán)。已經(jīng)有一些專(zhuān)為VR設計的、更能帶來(lái)沉浸感的裝置，更多的則在開(kāi)發(fā)中，包括全方向跑步機(omnidirectional treadmills)和SteamVR控制器之類(lèi)的設備。

　　在非常高端的市場(chǎng)上，你可以找到追蹤全身運動(dòng)的系統、機械力反饋裝置、液壓動(dòng)力的操縱器等等。它們都與HMD一同協(xié)作，帶來(lái)更好的交互性和沉浸感。

　　這一切是如何工作的?

　　視網(wǎng)膜投影之類(lèi)的不怎么普遍的科技先不提，大多數使用LCD或是OLED成像的HMD設備的工作原理是，向兩眼呈現相似但略有不同的圖像。這帶來(lái)了立體感的幻覺(jué)，也就是大多數人認為的3D圖像。你可能猜到了，這需要為兩眼都單獨地成像，但是為了節約成本、降低復雜性，大部分HMD設備向雙眼呈現的圖像是一樣的。

　　呈現的圖像本身并不能填滿(mǎn)整個(gè)視野，也并不是完美的方形。如果你不將設備戴到頭上而是直接察看屏幕，你會(huì )看到兩個(gè)圖像都有模糊的灰色邊框。這模擬了我們的視野——位于視野中央的部分非常清晰，銳度(acuity)隨著(zhù)靠近邊界而下降。在正確的距離從鏡片中看出去，圖像會(huì )很好地符合我們的視場(chǎng)，看上去非常自然，像是我們看的不是圖片、而是真實(shí)的場(chǎng)景一樣。

　　所以，當這些技術(shù)融合在了一起，你會(huì )感到身臨其境。無(wú)論你往哪里看，你看到的都是虛擬的現實(shí)，它們代替了真實(shí)的世界環(huán)繞在你身邊。這就是HMD是如何構成虛擬現實(shí)幻境的。