虛擬現(xiàn)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，還要開拓VR硬件領(lǐng)域。為了推動(dòng)VR的發(fā)展，據(jù)說(shuō)Google要開發(fā)自己的系統(tǒng)級(jí)芯片。來(lái)自The Information的報(bào)告稱，Google與元件供應(yīng)商洽談來(lái)共同開發(fā)針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的芯片設(shè)計(jì)。該報(bào)道引述消息人士的話，Google一直在“尋找芯片的核心，進(jìn)而確保芯片供應(yīng)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(bào)道。公司在公開放出一個(gè)名為“多媒體芯片架構(gòu)師”的職業(yè)招聘，該職業(yè)將“主導(dǎo)芯片開發(fā)”，開發(fā)范圍主要在“多媒體方面，包括圖像處理，視頻處理，穩(wěn)定化等等”。招聘要求是“在SoC的圖像/視頻/播放流水線方面有相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)”，而最終目標(biāo)是把芯片“產(chǎn)品化”。

　　Google Tango

　　Tango項(xiàng)目是開發(fā)有電腦視覺傳感器的一系列手機(jī)和平板。這讓設(shè)備可以做3D室內(nèi)地圖，深度測(cè)量、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和其他任何開發(fā)商能想出的功能。

　　Tango項(xiàng)目在2014年公布了一個(gè)開發(fā)者工具包，Google表示已經(jīng)賣出超過(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(shè)備會(huì)在今夏上市。

　　投資 Magic Leap

　　2014年，Magic Leap 接受 Google 高達(dá) 5.5 億美元 B 輪投資。2015年早期，麻省理工評(píng)論將Magic Leap技術(shù)評(píng)為2015年10大技術(shù)突破之一，該公司致力于增強(qiáng)現(xiàn)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(píng)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(qǐng)開發(fā)商來(lái)為這個(gè)設(shè)備添加內(nèi)容，現(xiàn)在并沒有一個(gè)公開發(fā)布日期。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)：以頭戴式可視設(shè)備(HMD) 為例

　　頭戴式顯示設(shè)備(HMD)可能是與虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的最能被一眼認(rèn)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(shè)備。至少，如果有一個(gè)設(shè)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(xiàn)實(shí)，它們同樣還能用于軍事、醫(yī)療、工程等領(lǐng)域。一些HMD讓用戶能夠通過(guò)它們來(lái)觀察外界，將電子信息投射到所見的真實(shí)世界中，這一般被叫做“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”。

　　當(dāng)我們回頭審視虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域中現(xiàn)存的各種HMD時(shí)，會(huì)很明顯地發(fā)現(xiàn)，這些設(shè)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(shè)備、還是全方位VR交互界面，為了獲得沉浸的體驗(yàn)，HMD都需要整合許多技術(shù)。讓我們來(lái)看看你應(yīng)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(tái)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(xiàn)在的HMD設(shè)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(jī)、電視機(jī)、以及計(jì)算機(jī)的屏幕。另一種相似的顯示技術(shù)OLED(有機(jī)發(fā)光二極體)也已經(jīng)被一些HMD設(shè)備采用。HMD顯示屏有兩個(gè)相當(dāng)重要的指標(biāo)：刷新率(refresh rate)和延遲(latency)。

　　像素和顯示

　　由于智能手機(jī)和平板電腦掀起了某種制造在數(shù)英寸的小屏幕上顯示高密度像素的“軍備競(jìng)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(jù)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(dá)到了300，那么人類的眼睛在距離屏幕10到12英寸的位置上就分辨不出單獨(dú)的像素點(diǎn)了?，F(xiàn)在，高端手機(jī)的顯示屏在往600 ppi的方向發(fā)展，這意味著對(duì)于普通的智能手機(jī)用途來(lái)說(shuō)，多余的這些像素純粹都浪費(fèi)了。HMD設(shè)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(guī)模應(yīng)用、但的確存在于一些頭戴式設(shè)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(rèn)為，與采用LCD或OLED顯示技術(shù)的HMD設(shè)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(shì)，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(nèi)顯示屏更新顯示內(nèi)容的速度。一般來(lái)說(shuō)，LCD計(jì)算機(jī)屏幕可以達(dá)到每秒60次，也就是60Hz。這也意味著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(duì)于觀眾來(lái)說(shuō)，這讓電影看上去感覺更為流暢和真實(shí)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)視頻(比如YouTube上的那些)來(lái)說(shuō)，60fps正在開始慢慢流行起來(lái)，特別是用GoPro之類的攝像頭拍攝的動(dòng)作影片。既然虛擬現(xiàn)實(shí)要的就是讓人產(chǎn)生身臨其境的現(xiàn)場(chǎng)感和沉浸感，那就要問(wèn)問(wèn)應(yīng)該要達(dá)到什么樣的刷新率才行了。看上去60fps是最低的門檻，90fps的表現(xiàn)會(huì)相當(dāng)不錯(cuò)。一些HMD設(shè)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(zhuǎn)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(yàn)到嚴(yán)重的延遲。為了騙過(guò)你大腦中的視覺系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)需要非常低的延遲——通常來(lái)說(shuō)，一流的體驗(yàn)中延遲需要達(dá)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(yīng)器到計(jì)算機(jī)硬件都會(huì)影響圖像傳輸?shù)斤@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(jī)，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視野。南加州大學(xué)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)做了一次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，任何試圖達(dá)到無(wú)邊界、讓人沉浸的視覺效果的HMD設(shè)備，都需要保持90到100度的視場(chǎng)(FOV)。HMD中的鏡片對(duì)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(shè)計(jì)，對(duì)于應(yīng)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(tái)使用了廉價(jià)鏡片的HMD設(shè)備可能在成像質(zhì)量、清晰度、以及不希望發(fā)生的扭曲現(xiàn)象(unwanted distortion)幾方面都會(huì)很糟糕。對(duì)一臺(tái)已經(jīng)賣出去的HMD設(shè)備，能做的效果最顯著的升級(jí)通常就是更換更高級(jí)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，計(jì)算機(jī)也就無(wú)法了解你在注視著哪里?，F(xiàn)代的HMD設(shè)備使用各種技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確追蹤頭部的位置。獲益于不斷發(fā)展的智能手機(jī)技術(shù)，我們現(xiàn)在可以在芯片上放置多維加速度計(jì)(multi-axis accelerometer)，而紅外跟蹤攝像頭則可以準(zhǔn)確捕捉到HMD上的標(biāo)記，它們會(huì)將位置信息傳輸給計(jì)算機(jī)。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(jì)劃中用到的——可以通過(guò)在加速度計(jì)之外添加多種感應(yīng)器來(lái)完成位置計(jì)算。

　　眼動(dòng)追蹤

　　目前，至少有一款HMD設(shè)備(FOVE)宣稱整合了眼動(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(jí)包。

　　眼動(dòng)追蹤使得HMD可以計(jì)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(diào)整屏幕上圖像的深度(depth)來(lái)更貼切地模擬自然視覺，虛擬角色將會(huì)能夠?qū)δ愕淖⒁曌鞒龇磻?yīng)，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(xiàng)。

　　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(xiàn)實(shí)領(lǐng)域不久，時(shí)間會(huì)告訴我們開發(fā)者們最終用它做出了什么。

　　音頻硬件

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

　　計(jì)算機(jī)硬件

　　HMD既是輸入設(shè)備、也是輸出設(shè)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(jì)算硬件的領(lǐng)地。事實(shí)上在計(jì)算硬件方面，所有HMD都能被歸入三類。第一種是完全內(nèi)置計(jì)算硬件的設(shè)備，這些一般都是移動(dòng)的、用電池供電的系統(tǒng)。通常這種硬件是拓展了用途的智能手機(jī)，甚至就是使用智能手機(jī)來(lái)完成所有需要的計(jì)算。第二種HMD設(shè)備自身不具有任何計(jì)算能力，它與外部的計(jì)算機(jī)連接。通常這種HMD設(shè)備接受HDMI輸入，用USB接口傳出頭部追蹤數(shù)據(jù)。第三種是前兩種的結(jié)合，既有自己的內(nèi)置硬件，也允許外部裝置接入。

　　雖然智能手機(jī)硬件的性能已經(jīng)足以提供一定程度的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上計(jì)算機(jī)和主流游戲家用機(jī)能做到的地步。所以，從視覺逼真度和幀速率的角度而言，專門的外部計(jì)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(duì)于特定的一款HMD設(shè)備，考慮一下你能調(diào)整哪些地方是很重要的一件事。頭部綁帶的調(diào)整范圍就是重點(diǎn)之一。如果你戴著眼鏡，記得確認(rèn)HMD設(shè)備是不是能夠容納眼鏡、或是通過(guò)調(diào)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(shè)計(jì)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(xiàn)有的視頻游戲外設(shè)。這包括了游戲用的手柄、飛行控制桿、賽車方向盤以及鼠標(biāo)和鍵盤。已經(jīng)有一些專為VR設(shè)計(jì)的、更能帶來(lái)沉浸感的裝置，更多的則在開發(fā)中，包括全方向跑步機(jī)(omnidirectional treadmills)和SteamVR控制器之類的設(shè)備。

　　在非常高端的市場(chǎng)上，你可以找到追蹤全身運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)、機(jī)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)膜投影之類的不怎么普遍的科技先不提，大多數(shù)使用LCD或是OLED成像的HMD設(shè)備的工作原理是，向兩眼呈現(xiàn)相似但略有不同的圖像。這帶來(lái)了立體感的幻覺，也就是大多數(shù)人認(rèn)為的3D圖像。你可能猜到了，這需要為兩眼都單獨(dú)地成像，但是為了節(jié)約成本、降低復(fù)雜性，大部分HMD設(shè)備向雙眼呈現(xiàn)的圖像是一樣的。

　　呈現(xiàn)的圖像本身并不能填滿整個(gè)視野，也并不是完美的方形。如果你不將設(shè)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(dāng)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(xiàn)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(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)幻境的。