AR、VR、MR概念及应用介绍

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      2018年由史蒂文·斯皮尔伯格执导的电影《头号玩家》上映。电影中的虚拟现实游戏《绿洲》 凭借其高度的沉浸感和可交互性成为了未来人类的主要娱乐方式,也代表了我们对虚拟现实发展的憧憬。

      而在2017年上映的另一部动画电影《刀剑神域:序列之争》中,又描绘了增强现实技术及增强现实游戏在未来世界引起波澜的故事, 电影中的人们通过佩戴增强现实眼镜,能在现实世界直接和获取视觉、听觉反馈, 实现了通讯、购物、交流、表演、游戏等方方面面的功能。

     这些年越来越火的VR/AR/MR概念究竟是什么? 它们是怎么来的,现在又发展到什么程度了呢?

一、虚拟现实(Virtual Reality)

       首先,让我们谈谈大家最熟悉的虚拟现实Virtual Reality,VR 。虚拟现实也称虚拟环境、灵境技术,是指利用模拟产生一个三维空间的虚拟世界, 让用户感觉仿佛身历其境,可以即时、没有限制地观察空间内的事物。 

        其实最开始虚拟现实概念是描述包括剧院在内一切的虚拟场景, 但随着计算机技术的高速发展,虚拟现实技术渐渐特指通过计算机仿真模拟来构造虚拟环境。虚拟现实的展示方式也从计算机屏幕到CAVE投影系统再到头戴式显示器(HDM) 虚拟现实的交互方式从键盘鼠标到专业手柄到反馈机械装置。

        随着沉浸感交互性不断提升,虚拟现实已经开始应用到各个行业。 比如去年发布的VR游戏《半衰期:爱莉克斯》,玩家可以完全沉浸在另一个虚拟世界中进行冒险, 虽然目前游戏中的大场景移动还没有好的解决方案,但相比传统的游戏模式,沉浸感无疑有了质的飞跃; 而在医疗教育领域,相比传统的纸张视频, VR也能更加直观的完成三维人体器官和其他实验过程的显示, 再加上可交互的三维模型,能够显著地提高学习效果; 而VR会议相比传统会议的交互性更强, 可以拉近团队距离,提高沟通效率, 为近些年流行的全球化虚拟团队提供了高效的沟通方式; 在商务购物领域,VR也有发力,比如购物APP上的VR展示功能和画面中的家居模拟, 都能比图片更真实的反应商品的情况,让用户获取到更全面的商品信息。 最后是我们工程领域的培训,相比传统的培训, VR可以让工人在相对安全的情况下完成危险步骤的模拟,在记忆深刻的同时降低了风险和成本。 

二、增强现实(Augmented Reality)

       下面让我们聊聊这几年在移动端大幅发力的增强现实技术Augmented Reality,AR 目前被广泛接受的增强现实定义是罗纳德·阿祖玛(Ronald Azuma)提出的,他认为增强现实有以下三个特点: 将虚拟与现实结合、实时交互、三维注册

       简单来说,就是将计算机生成的数字图像叠加到现实场景中去,且能实时交互, 增强现实能给用户提供一种新的用户界面和人机交互方式。 相比VR技术,AR不但需要虚拟的信息,还需要对外界环境进行感知来实现虚拟信息的精准注册, 技术上主要分为3种:

  • Marker-based AR,也就是需要提前进行特征点储存的,比如提前制作二维码或者图
  • Marker-Less AR ,就是不需要标志,可以通过提取周围环境特征直接注册的技术 
  • LBSbased AR,基于定位服务的AR

       如2016年7月的AR游戏pockemanGo, 就是利用全球定位系统和手机摄像头、陀螺仪实现了定位和姿态感知, 让玩家可以在现实场景中捕捉虚拟精灵。 而目前各个景区和博物管的AR导览功能,则结合了图像识别技术, 根据景点图像进行识别定位,将事先准备好的景点信息进行叠加渲染, 让游客直观感受到景点的历史底蕴。最后一点也是目前工程领域应用较多的就是增强现实+运维巡检, 通过结合物联网、图像识别、SLAM技术, 增强现实技术可以在运维厂区实现运维路径导航和设备信息管理; 同时也可以结合远程辅助功能,让专家对现场过程进行监控与指导。

三、混合现实(Mixed Reality)

        第三部分,是重新火起来的混合现实概念Mixed Reality,MR 混合现实最开始被定义是在1994年, 保罗·米尔格拉姆(Paul Milgram)和岸野文郎(Fumio Kishino)提出现实-虚拟连续系统(Milgram's Reality-Virtuality Continuum)。 他们将真实环境和虚拟环境分别作为连续系统的两端,位于它们中间的被称为“混合现实”。 其中靠近真实环境的是增强现实(Augmented Reality),靠近虚拟环境的则是增强虚拟。 也就是说混合现实最开始是包括增强现实的。

       但2015年微软HoloLens设备的横空出世,将MR概念独立了出来。 它通过4 个环境感知摄像头、1个深度摄像头、1 个视频摄像头,实现了对外在世界的实时感知建模, 又通过头戴式设备实现了三维立体全息展示效果,再加上语音识别和手势识别的应用。 相对当时的还停留在依靠标志或深度传感器来定位的增强现实设备,HoloLens的交互体验和展示效果有了巨大的提升, 虚拟的物体不但可以在现实中显示,甚至可以与现实场景交互。 微软把这种结合真实和虚拟,物理实体和数字对象共存并能实时相互作用的技术也称为混合现实。当然混合现实凭借其出色的可视化效果也在机械设备安装检修、工程设计、医疗教学等众多领域有所建树。 目前国内外也有众多厂家采用hololens技术方案研究工程领域的可视化应用。 

        虽说hololens凭借其效果重新定义了MR,但随着谷歌推出ARcore与苹果推出Arkit, 目前移动端的设备增强现实技术也能够实现对现实的感知,进一步完成虚拟与现实的交互, 因此AR与MR在技术和效果上的分界线又模糊了起来。 

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转载自juejin.im/post/7068992317406871588