讓VR產(chǎn)業(yè)由愿景到成熟應(yīng)用的技術(shù)有哪些？

本刊編輯部

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讓VR產(chǎn)業(yè)由愿景到成熟應(yīng)用的技術(shù)有哪些？

本刊編輯部

引　言

2016年5月19日，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，綱要中，將自然交互與虛擬現(xiàn)實列為戰(zhàn)略任務(wù)之一；6月1日，新華社編發(fā)當(dāng)今世界八大熱門科技，虛擬現(xiàn)實名列第二；6月3日，臺北電腦展報道，未來VR會影響PC機的發(fā)展，PC機融入VR元素，VR元素可能帶動筆記本電腦復(fù)興。今年的高考題目中，也出現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實的作文題目。上到國家戰(zhàn)略，下到學(xué)生考試，都在講虛擬現(xiàn)實。

其實，此前Oculus 20億美元賣身Facebook，已經(jīng)讓VR聲名大噪，甚至有人說VR可能是繼PC、手機之后的下一個計算平臺。進入2016年，VR繼續(xù)被熱炒，但目前這還是一個前景不夠明朗的產(chǎn)業(yè)，真正能夠促進VR產(chǎn)業(yè)全面落地的仍然是扎扎實實的技術(shù)，而不是花里胡哨的炒作。雖然現(xiàn)有的技術(shù)水平與硬件還不能為用戶提供良好的虛擬現(xiàn)實體驗，但技術(shù)發(fā)展是一個漸變的過程。

VR不是一夜間冒出來的!

VR(Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實)，是由美國VPL公司創(chuàng)始人拉尼爾(Jaron Lanier)于20世紀(jì)80年代初提出的，其具體內(nèi)涵是綜合利用計算機圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實及控制等接口設(shè)備，計算機上生成的在可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)。

其實，早在提出這個概念之前，VR設(shè)備就已經(jīng)出現(xiàn)了，只不過那時候并沒有人稱其為VR。時間退回到1957年，名為“Sensorama”的設(shè)備誕生了，雖然巨大、笨重、操作復(fù)雜且效果很差，但它卻是世界上第一臺VR設(shè)備。這一設(shè)備的發(fā)明者就是莫爾頓·海利(Morton Heilig)，被后人稱為“虛擬現(xiàn)實之父”。

隨后，美國計算機學(xué)者道格拉斯·恩格爾巴特(Douglas Engelbart)改進了海利的發(fā)明，使用計算機屏幕讓這個初級的虛擬現(xiàn)實裝置變得可以接收信號，讓使用者轉(zhuǎn)移目光時也能看到相應(yīng)的影像。1966年，這套改進后的虛擬現(xiàn)實裝置被美國空軍用作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。

1968年，經(jīng)過多次改進，美國計算機科學(xué)家伊凡·蘇澤蘭(Ivan Sutherland)才發(fā)明了一款更類似于現(xiàn)代VR設(shè)備的虛擬現(xiàn)實頭盔，被公認(rèn)為是第一款真正意義上的虛擬現(xiàn)實設(shè)備。

時間跳到2012年8月，一家新成立的公司在眾籌網(wǎng)站Kickstarter開啟了VR設(shè)備的眾籌計劃。這個名為Oculus的計劃以可以接受的價格將廣角、低延遲的沉浸體驗帶給了大眾。Oculus Rift是一款虛擬現(xiàn)實顯示器，能夠讓使用者身體感官中“視覺”的部分如同真實地進入到游戲中，這就向《黑客帝國》中所展示的技術(shù)又邁進了一步。Oculus Rift 能夠提供的是虛擬現(xiàn)實體驗，戴上后幾乎沒有“屏幕”這個概念，用戶感受到的是整個世界。

羅馬不是一日建成的，顯然，VR也并非一夜之間冒出來的！

業(yè)界聲音

VR硬件已經(jīng)進入令消費者滿意的時代

Imagination Technologies PowerVR業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)Chris Longstaff

業(yè)內(nèi)許多專家一直在探討，VR會在何時以何種方式在主流市場取得成功。雖然從技術(shù)和價格上來說，想要實現(xiàn)完美無瑕的VR游戲體驗極具挑戰(zhàn)性，但是目前VR最主要的應(yīng)用領(lǐng)域顯然還是在游戲方面。

今年將是VR硬件生產(chǎn)成本進入可接受范圍的一年，這在很大程度上消除了模擬不適,并帶來了極具吸引力的VR體驗。VR硬件現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)雙通道高分辨率播放效果，進入了令消費者滿意的VR時代。

Imagination在VR開發(fā)方面的投入越來越多，這樣就可以幫助合作伙伴打造優(yōu)化的解決方案。最終，VR的成功與否將通過它在移動和家用游戲市場的表現(xiàn)來定義。而移動和家用游戲市場正是Imagination大力投入的領(lǐng)域，當(dāng)前正在與行業(yè)合作伙伴展開合作，例如與Google在Daydream項目上進行合作。

另外一個重要的領(lǐng)域是在光線追蹤技術(shù)方面的投入。光線追蹤是VR的核心圖形技術(shù)之一。光線追蹤GPU為未來實現(xiàn)相片級別的真實度(photorealism)提供了技術(shù)支持。通過混合渲染(hybrid rendering)技術(shù)，Imagination已將PowerVR光線追蹤硬件與傳統(tǒng)的移動圖形處理器相結(jié)合，可提供滿足用戶期望的VR系統(tǒng)圖像品質(zhì)，且不會超過移動設(shè)備的功耗和價格預(yù)算。

在軟件方面，開發(fā)者可通過優(yōu)化渲染代碼從硬件中獲得最佳性能。舉例來說，Imagination推出了幾項新技術(shù)來更正鏡頭系統(tǒng)帶來的多個失真問題，并通過算法將從動作到光子(motion-to-photon)的延遲值降低到了20 ms。這些軟件的優(yōu)化在為消費者提供更為真實的VR體驗方面具有舉足輕重的作用，因此也極大地增強了這類新設(shè)備的吸引力。

另一個對消費者來說比較重要的因素是VR固定式頭盔。目前，許多VR系統(tǒng)仍舊依靠PC或游戲機來提供內(nèi)容，并通過電線連接到頭戴設(shè)備上，但是，消費者不想要累贅的電線。Imagination的PowerVR視頻IP可提供具備非常高保真效果、高分辨率、高幀頻和低延時的視頻編碼和解碼。使用PowerVR視頻解決方案，在傳輸4K 120 fps視頻的時候，可將端到端的延遲降低到幾毫秒。

芯片是影響沉浸體驗的核心

瑞芯微電子股份有限公司全球高級副總裁及市場部總監(jiān) 陳鋒

VR作為下一代計算平臺，芯片是影響沉浸體驗的核心，也就是在今年，“全球VR技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”首次明確VR產(chǎn)品三大關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即低于20 ms延時、75 Hz以上刷新率及1K以上陀螺儀刷新率，這將指導(dǎo)VR行業(yè)的游戲規(guī)則。

瑞芯微今年推出了一款應(yīng)用于VR頭顯設(shè)備的芯片RK3399，其具有以下特點：4K 360度全景視頻解碼，并兼容2D/3D片源；延遲低于20 ms；顯示刷新幀率支持75～120 Hz；3億以上三角形輸出率；支持2K/雙FHD高分辨率屏幕；支持光學(xué)軟件反畸變、反色散、瞳距調(diào)節(jié)算法；支持軟件及硬件兩種左右分屏方式；支持主流游戲引擎平臺。

瑞芯微電子股份有限公司全球高級副總裁及市場部總監(jiān)陳鋒表示：VR的高端處理是在PC上，對顯卡的要求很高， VR起源于視頻，其最終的方向是社交，借助VR可以變成任何想象中的人物，不過前提是最終的場景要具有很強的沉浸感。瑞芯微憑借在平板電腦市場積累的技術(shù)優(yōu)勢布局VR生態(tài)系統(tǒng)，從硬件方面看，需要有顯示屏、光學(xué)元件，從軟件的角度看，需要不斷對系統(tǒng)進行優(yōu)化，才能將VR產(chǎn)品變成消費者能夠使用并且樂于使用的產(chǎn)品！

VR軟件為硬件平臺保駕護航

VR是仿真技術(shù)的一個重要方向，是利用計算機為用戶提供一個交互式虛擬三維空間，在這個虛擬空間里，除了能用肉眼看到實時動態(tài)的三維立體逼真圖像外，還能滿足聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至包括嗅覺和味覺等，能夠有這樣的體驗，軟件在其中起著重要的作用。

如同電腦、手機進入“硬件搭臺，軟件唱戲”時代，VR有了強大的硬件平臺之后，后續(xù)也需要更具創(chuàng)造力的虛擬現(xiàn)實軟件保駕護航，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，會出現(xiàn)不同的支持軟件。比如：虛擬現(xiàn)實整合軟件及平臺(Virtools、Nibiru虛擬現(xiàn)實游戲平臺、Quest3D、三維虛擬現(xiàn)實軟件開發(fā)平臺WebMax等)；語言類虛擬現(xiàn)實工具(高階著色器語言HLSL、虛擬現(xiàn)實建模語言VRML、三維圖像標(biāo)記語言X3D等)；視覺類虛擬現(xiàn)實工具及應(yīng)用(Flash 3D、3D播播等)；觸覺類虛擬現(xiàn)實工具(Haptics)。可以看出，虛擬現(xiàn)實硬件產(chǎn)品目前還是比較單一的，但是軟件發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出百花齊放之態(tài)！

編輯觀點

VR所做的工作就是阻斷人原有的視覺輸入，用虛擬影像光線占據(jù)全部視覺，從而實現(xiàn)與影像的交互，達(dá)到“欺騙”大腦的效果，這背后需要的支撐技術(shù)是非常多的，參見圖1。

圖1　VR產(chǎn)業(yè)涉及的技術(shù)

目前，VR產(chǎn)業(yè)突然之間受到熱捧，誘導(dǎo)了不少國內(nèi)創(chuàng)業(yè)者跟風(fēng)進入，但是這并不是一塊好啃的蛋糕，需要扎實地在技術(shù)層面做積累，否則到了成熟應(yīng)用階段，肯定有一堆堆的專利壁壘擋在面前，智能手機就是前車之鑒！