「當(dāng)你在《半衰期：愛(ài)莉克斯》中第一次被敵人用槍指著，然后下意識(shí)地舉起雙手時(shí)，你就應(yīng)該明白：未來(lái)將至，并且觸手可及?！?/p>
「你能直接用你的眼睛看到那個(gè)巨大的幾何球形就這樣懸浮在你的面前，超現(xiàn)實(shí)的同時(shí)又無(wú)比真實(shí)?！?/p>
「沉浸感太強(qiáng)了，我是個(gè)堅(jiān)決不碰恐怖題材的人，玩了個(gè)開(kāi)頭就退款了，但是仍然不斷地想玩，又買回來(lái)了。」
這是幾位游戲玩家對(duì) VR 游戲《半衰期：愛(ài)莉克斯》（也叫「半條命」）的評(píng)價(jià)。這部游戲發(fā)行之初就收獲了 97％的好評(píng)，有 4 萬(wàn)人同時(shí)在線，甚至被譽(yù)為「來(lái)自未來(lái)的游戲」。透過(guò)這款游戲，我們能感覺(jué)到，虛擬現(xiàn)實(shí)帶給人的體驗(yàn)確實(shí)改善了不少。
從 2012 年到 2016 年，虛擬現(xiàn)實(shí)經(jīng)歷了一段高速發(fā)展的時(shí)期。但受制于技術(shù)、內(nèi)容、硬件等因素，這一領(lǐng)域又很快陷入低谷，經(jīng)歷了過(guò)山車似的大起大落。
虛擬現(xiàn)實(shí)怎么才能更好用？昂貴的價(jià)格、笨重的頭顯、糟糕的體驗(yàn)何時(shí)才能終結(jié)？這是低谷期人們一直在探討和努力改善的問(wèn)題。《半衰期：愛(ài)莉克斯》的及時(shí)出現(xiàn)給行業(yè)注入了一針強(qiáng)心劑。與此同時(shí)，最新消息顯示，去年 9 月份開(kāi)始發(fā)售的 Oculus Quest 2 累計(jì)銷量已超過(guò) 400 萬(wàn)臺(tái)，超過(guò)歷代 Oculus VR 頭顯的總和。種種跡象表明，虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)正在回暖。
值得注意的是，這一轉(zhuǎn)變并不是單一技術(shù)突破的成果，而是多種技術(shù)不斷迭代所引發(fā)的，涉及顯示芯片、光學(xué)、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。了解這些技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)才能更好地把握虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的未來(lái)走向。
在一份最新的報(bào)告，即《拐點(diǎn)已至 全真將到 -- 虛擬（增強(qiáng)）現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展十大趨勢(shì) 2021》中，騰訊研究院的研究者針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了探討，并指出了虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)中幾個(gè)比較重要的科技趨勢(shì)，包括：
VR 頭顯將進(jìn)一步輕薄化，AR 多種技術(shù)路線將會(huì)共存；
手柄仍是 VR 主流的交互方式，分體式 AR 以手勢(shì)和手機(jī)交互為主，并將與互聯(lián)網(wǎng)公司算法合作；
裸眼 3D—光場(chǎng)顯示硬件將逐步產(chǎn)品化，采集算法近期內(nèi)將實(shí)現(xiàn)突破；
內(nèi)容創(chuàng)作門檻不斷降低，互聯(lián)網(wǎng)廠商將憑借內(nèi)容和生態(tài)方面的優(yōu)勢(shì)在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)扮演重要角色。
在這篇文章中，我們將圍繞這些洞察聊一聊當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r以及未來(lái)可能的產(chǎn)業(yè)走向。
在影響用戶使用體驗(yàn)的諸多因素中，VR 頭顯笨重是一個(gè)繞不開(kāi)的問(wèn)題，同時(shí)也阻礙了 VR 走進(jìn)大眾的日常生活，因此設(shè)備的輕薄化、小型化將成為必然趨勢(shì)。在這一賽道中，超短焦的 VR 顯示光學(xué)架構(gòu)被寄予厚望，而反射偏振的折疊光路（Pancake）又是其中最易量產(chǎn)的超短焦方案。
Pancake 可以細(xì)分為兩片式和多片式兩種方案，目前市面上多為兩片式，其生產(chǎn)工藝要求簡(jiǎn)單，成本可控。基于 Pancake 技術(shù)方案的 VR 眼鏡，圖像源發(fā)射光線進(jìn)入半反半透的鏡片之后，光線在鏡片、相位延遲片以及反射式偏振片之間多次折返，最終從反射式偏振片射出，因此能有效地縮小產(chǎn)品體積。
目前，該領(lǐng)域已經(jīng)有一些產(chǎn)品亮相，比如歌爾在 CES 上展示的 VR Pancake 鏡頭模組、和碩和 3M 聯(lián)手發(fā)布的 Pancake 光學(xué)一體式頭顯 VX6 以及 HTC 剛剛發(fā)布的 VIVE Flow 等。其中，HTC 的 VIVE Flow 還搭載了眼球追蹤解決方案，該方案解決了輕薄體積 VR 實(shí)現(xiàn)眼球追蹤的難題。
越來(lái)越多的超短焦產(chǎn)品及方案的亮相意味著，此路線能夠滿足市場(chǎng)落地的需要。據(jù)此，這份報(bào)告預(yù)測(cè)，未來(lái)將有越來(lái)越多的產(chǎn)品以超短焦為主。
與 VR 相比，AR 技術(shù)的落地還要更難一些，AR 光學(xué)專家 Karl Guttag 甚至表示：「如果說(shuō) AR 的難度是 VR 的 10 倍，這可能也只是保守的估計(jì)。因?yàn)?AR 眼鏡沒(méi)辦法像 VR 一樣，直接將顯示屏放在人眼前，否則會(huì)遮擋視線。此外，VR 對(duì)于頭顯外觀和體積的容忍度更高，而全天候佩戴的 AR 眼鏡則需要更輕量化、外觀更日常。除此之外，還需要保證顯示系統(tǒng)足夠透光，不遮擋視線……」。結(jié)合上述要求，可滿足的光學(xué)方案包括 Birdbath 反射鏡、光波導(dǎo)等，但它們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
Birdbath 在當(dāng)前的 AR 產(chǎn)品中比較常見(jiàn)，國(guó)內(nèi)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)公司 Nreal 發(fā)布的 Nreal Light 以及聯(lián)想發(fā)布的 ThinkReality A3 等產(chǎn)品都采用了這項(xiàng)技術(shù)?？傮w來(lái)看，Birdbath 成本低、重量輕、搭配朗伯光分布的屏幕（如 OLED 類屏幕）效果出色，且效率比光波導(dǎo)更高，圖像質(zhì)量也很好。但它的缺點(diǎn)在于：模組較厚（從側(cè)面看不自然）、透光率低（類似于墨鏡）、漏光等。
聯(lián)想在今年年初發(fā)布的 AR 產(chǎn)品 ThinkReality A3
相比之下，輕薄、透明度高、綜合性能好的光波導(dǎo)正受到越來(lái)越多的關(guān)注，全球很多 AR 公司都在往這一方向努力，其基本路線包括陣列光波導(dǎo)、表面浮雕刻蝕光柵衍射光波導(dǎo)、表面浮雕納米柱衍射光波導(dǎo)、體全息衍射光波導(dǎo)等。但這些路線基本都存在視場(chǎng)角小、工藝復(fù)雜、成本高等問(wèn)題，因此量產(chǎn)難度比較大，目前只有少數(shù)公司宣布擁有此類技術(shù)的量產(chǎn)能力。
基于這些現(xiàn)狀，該報(bào)告預(yù)測(cè)，在短期內(nèi)，上述技術(shù)路線將繼續(xù)共存，但使用場(chǎng)景可能存在區(qū)別，比如 BirdBath 可能更適用于視頻娛樂(lè)、輕游戲場(chǎng)景，而光波導(dǎo)作為頗具潛力的下一代技術(shù)可能會(huì)更多地出現(xiàn)在消息提醒類產(chǎn)品中。
未來(lái)兩年，VR 會(huì)拋棄手柄嗎？從這份報(bào)告和業(yè)內(nèi)人士的分析來(lái)看，大概率不會(huì)。與數(shù)據(jù)手套、裸手交互、眼動(dòng)追蹤等后起的交互方式相比，手柄在精準(zhǔn)度、延遲、物理反饋、抗環(huán)境干擾（如遮擋）、成本等方面依然具有難以替代的優(yōu)勢(shì)。
以裸手交互為例，裸手交互要想達(dá)到手柄 / 控制器的準(zhǔn)確率其實(shí)是非常非常難的，但強(qiáng)調(diào)沉浸感的 VR 又恰恰對(duì)輸入錯(cuò)誤非常敏感。有位拋棄 Leap Motion 的用戶曾解釋說(shuō)，「想象一下有一種高端鍵盤能讓你隔空打字，但是有 1% 的機(jī)會(huì)你打的 a 會(huì)變成 s，打的退格會(huì)變?yōu)?p，你是什么感受？」
此外，缺乏物理反饋也是裸手交互的一大問(wèn)題，諾亦騰 CTO、虛擬現(xiàn)實(shí)和動(dòng)作捕捉專家戴若犂就曾舉例說(shuō)，「目前這一代的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境里并沒(méi)集成像力反饋、仿真觸覺(jué)這樣的功能，那么用戶空手跟虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，就變成了一件非常別扭的事情…… 比如說(shuō)咱倆伸手握個(gè)手，我并不能真正摸到你的手，就會(huì)覺(jué)得這件事情非常別扭?！鼓壳?，已經(jīng)有一些手套類產(chǎn)品在嘗試解決這一問(wèn)題（如力反饋手套），但也存在佩戴舒適度差、需要初始化校準(zhǔn)、成本高等問(wèn)題。
所以，要想真正解放玩家的雙手，手柄之外的幾個(gè)技術(shù)路線還需要進(jìn)一步打磨。
和 VR 一樣，AR 交互的重點(diǎn)也是人和虛擬物品之間交互的準(zhǔn)確性，但這時(shí)候再用額外的交互設(shè)備就不方便了。首先，AR 眼鏡是一種全天候的產(chǎn)品，每天攜帶手套或手柄會(huì)很麻煩；其次，AR 是虛擬與現(xiàn)實(shí)的疊加，我們需要解放出雙手來(lái)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境產(chǎn)生交互。這些特點(diǎn)決定了，裸手交互將是 AR 中更為自然的交互方式。但騰訊研究院的研究者在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，由于裸手交互尚不成熟，現(xiàn)在的分體式 AR 更多以手機(jī)交互為主，手勢(shì)交互將是未來(lái)一個(gè)非常有潛力的落地方向。
為了更好地完成交互，AR 眼鏡可能還需要集成一些信息轉(zhuǎn)換能力，比如圖像識(shí)別、文字識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、翻譯等。
所以總的來(lái)看，AR 的成功交互將是軟硬件廠商通力合作的結(jié)果：硬件廠商負(fù)責(zé)提供光學(xué)模塊、顯示設(shè)備等；軟件公司則負(fù)責(zé)提供各種 AI 算法，如姿態(tài)估計(jì)（推斷物體的位置，如手和手指，用于控制 AR 內(nèi)容）、圖像和場(chǎng)景標(biāo)注（對(duì)圖像進(jìn)行分類，并觸發(fā) AR 標(biāo)簽顯示）、語(yǔ)音轉(zhuǎn)文字、機(jī)器翻譯等。
如果你看過(guò)《阿凡達(dá)》，你可能對(duì)里面的全息 3D 顯示有點(diǎn)印象。這種顯示效果也是虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品一直想要實(shí)現(xiàn)的愿景之一，與之相關(guān)的是光場(chǎng)顯示、光場(chǎng)采集等技術(shù)。
光場(chǎng)是空間中光線集合的完備表示，它與傳統(tǒng) 2D 顯示有著明顯的區(qū)別：傳統(tǒng)的 2D 顯示器只能提供仿射、遮擋、光照陰影、紋理、先驗(yàn)知識(shí)五方面心理視覺(jué)信息。光場(chǎng)顯示除了能產(chǎn)生傳統(tǒng) 2D 顯示器的所有信息外，還能提供雙目視差、移動(dòng)視差、聚焦模糊三方面的生理視覺(jué)信息。因此，采集并顯示光場(chǎng)就能在視覺(jué)上重現(xiàn)真實(shí)世界。
目前光場(chǎng)顯示主要有體三維顯示（Volumetric 3D Display）、多視角投影陣列（Multi-view Projector Array）、集成成像（Integral Imaging）、數(shù)字全息、多層液晶張量顯示等多種技術(shù)方案。這些方案各有優(yōu)劣，比如體三維占地面積大；多視角投影占地面積大的同時(shí)成本也高；數(shù)字全息技術(shù)尚不成熟等。相比較而言，集成成像雖然也呈現(xiàn)出了視點(diǎn)圖像分辨率受損等問(wèn)題，但低廉的成本、較小的體積使其更易于商業(yè)化落地。
這份報(bào)告指出，未來(lái)，光場(chǎng)顯示將隨著設(shè)備量產(chǎn)化走向消費(fèi)電子品領(lǐng)域，成為現(xiàn)有的 2D 顯示設(shè)備的挑戰(zhàn)者，從而顛覆對(duì) 3D、立體內(nèi)容顯示有需求的多種場(chǎng)景，包括游戲等互動(dòng)娛樂(lè)、廣告文創(chuàng)、視頻會(huì)議、醫(yī)療影像、科研與教育等領(lǐng)域。
其中，集成成像因支持多人裸眼觀看、 可視范圍大、視角連續(xù)而在會(huì)議等場(chǎng)景中頗具潛力。但與此同時(shí)，該路線也面臨著一些挑戰(zhàn)，比如反射場(chǎng)、紋理的采集和重建需高精度設(shè)備；多視角拍攝內(nèi)容、畫(huà)面重建、壓縮需要算法支持；流媒體編解碼傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求高等。不過(guò)，報(bào)告指出，采集算法等問(wèn)題有望在近期內(nèi)取得突破，因?yàn)槟壳耙呀?jīng)有一些廠商在努力解決這類問(wèn)題，比如谷歌在今年的 I/O 大會(huì)上發(fā)布的一款結(jié)合 3D 呈現(xiàn)、實(shí)時(shí)視頻壓縮、空間音頻、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的 3D 光場(chǎng)顯示方案：Project Starline。谷歌表示：Starline 可呈現(xiàn)一種具有體積和深度的立體感，無(wú)需額外的眼鏡或頭顯。
?
Starline 效果展示。
伴隨著這些問(wèn)題的解決，集成成像領(lǐng)域有望形成硬件 - 算法 - 傳輸整合的解決方案。
內(nèi)容創(chuàng)作門檻不斷降低，互聯(lián)網(wǎng)廠商將憑借內(nèi)容和生態(tài)方面的優(yōu)勢(shì)在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)扮演重要角色
除了以上幾大趨勢(shì)，報(bào)告還提供了關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容創(chuàng)作、生態(tài)建設(shè)等方面的一些洞見(jiàn)。
報(bào)告指出，在內(nèi)容創(chuàng)作方面，三維重建技術(shù)的快速發(fā)展、低代碼 3D 內(nèi)容編輯器的發(fā)展成熟以及全景相機(jī)、深度相機(jī)的普及大大降低了虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容的創(chuàng)作門檻。比如，加州大學(xué)伯克利分校和谷歌的研究者去年就開(kāi)源了一款 2D 圖像轉(zhuǎn) 3D 的模型——NeRF，它可以利用少數(shù)幾張靜態(tài)圖像生成多視角的逼真 3D 圖像，其改進(jìn)版模型NeRF-W還能適應(yīng)充滿光線變化、遮擋的戶外環(huán)境。
NeRF-W 的生成效果
在生態(tài)建設(shè)方面，虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷互聯(lián)網(wǎng)與 VR 不斷融合的過(guò)程，因此互聯(lián)網(wǎng)廠商將憑借內(nèi)容和生態(tài)方面的優(yōu)勢(shì)在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)扮演重要角色。以最近改名為「Meta」的 Facebook 為例，這家公司在改名當(dāng)天其實(shí)還宣布了一系列關(guān)于構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)世界的計(jì)劃，涉及工作、社交、教育、健身等多種場(chǎng)景，比如允許用戶向朋友發(fā)送 Messenger 消息、允許用戶使用辦公帳戶登錄 Quest 2 頭顯的 Quest for Business 等。
伴隨著技術(shù)的迭代升級(jí)和生態(tài)的逐步完善，虛擬現(xiàn)實(shí)正在解鎖越來(lái)越多的場(chǎng)景，比如休閑游戲、體育賽事、文娛演出、線上社交等。但報(bào)告指出，除了這些之外，更重要的是虛擬現(xiàn)實(shí)的社會(huì)價(jià)值正在不斷凸顯。目前，我們已經(jīng)看到一些比較成功的探索案例，比如清華大學(xué)用 VR 進(jìn)行心理治療，一些組織將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于老年人及聽(tīng)障人士提醒等。這份報(bào)告認(rèn)為，進(jìn)行這種具有社會(huì)價(jià)值的探索將是虛擬現(xiàn)實(shí)未來(lái)的重要方向。未來(lái)，我們希望看到更多此類應(yīng)用的面世，從而惠及更多、更廣泛的社會(huì)群體。
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https://www.163.com/dy/article/G8JVDI0K0511BQR8.html
http://www.360doc.com/content/21/0831/19/48863136_993539968.shtml
https://www.sohu.com/a/271025171_114877
https://www.vrtuoluo.cn/column/supervtalking/522248.html
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本文來(lái)自微信公眾號(hào)“機(jī)器之心”（ID：almosthuman2014），作者：張倩，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
