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(guó)務(wù)院印發(fā)了《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，綱要中，將自然交互與虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)名列第二；6月3日，臺(tái)北電腦展報(bào)道，未來VR會(huì)影響PC機(jī)的發(fā)展，PC機(jī)融入VR元素，VR元素可能帶動(dòng)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(shí)的作文題目。上到國(guó)家戰(zhàn)略，下到學(xué)生考試，都在講虛擬現(xiàn)實(shí)。

其實(shí)，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(jī)之后的下一個(gè)計(jì)算平臺(tái)。進(jìn)入2016年，VR繼續(xù)被熱炒，但目前這還是一個(gè)前景不夠明朗的產(chǎn)業(yè)，真正能夠促進(jìn)VR產(chǎn)業(yè)全面落地的仍然是扎扎實(shí)實(shí)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(shí)體驗(yàn)，但技術(shù)發(fā)展是一個(gè)漸變的過程。

VR不是一夜間冒出來的!

VR(Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí))，是由美國(guó)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(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實(shí)及控制等接口設(shè)備，計(jì)算機(jī)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(shí)，早在提出這個(gè)概念之前，VR設(shè)備就已經(jīng)出現(xiàn)了，只不過那時(shí)候并沒有人稱其為VR。時(shí)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(tái)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(shí)之父”。

隨后，美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)者道格拉斯·恩格爾巴特(Douglas Engelbart)改進(jìn)了海利的發(fā)明，使用計(jì)算機(jī)屏幕讓這個(gè)初級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)裝置變得可以接收信號(hào)，讓使用者轉(zhuǎn)移目光時(shí)也能看到相應(yīng)的影像。1966年，這套改進(jìn)后的虛擬現(xiàn)實(shí)裝置被美國(guó)空軍用作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。

1968年，經(jīng)過多次改進(jìn)，美國(guó)計(jì)算機(jī)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(shí)頭盔，被公認(rèn)為是第一款真正意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。

時(shí)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(jì)劃。這個(gè)名為Oculus的計(jì)劃以可以接受的價(jià)格將廣角、低延遲的沉浸體驗(yàn)帶給了大眾。Oculus Rift是一款虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器，能夠讓使用者身體感官中“視覺”的部分如同真實(shí)地進(jìn)入到游戲中，這就向《黑客帝國(guó)》中所展示的技術(shù)又邁進(jìn)了一步。Oculus Rift 能夠提供的是虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，戴上后幾乎沒有“屏幕”這個(gè)概念，用戶感受到的是整個(gè)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(jìn)入令消費(fèi)者滿意的時(shí)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(huì)在何時(shí)以何種方式在主流市場(chǎng)取得成功。雖然從技術(shù)和價(jià)格上來說，想要實(shí)現(xiàn)完美無瑕的VR游戲體驗(yàn)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(jìn)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(yàn)。VR硬件現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)雙通道高分辨率播放效果，進(jìn)入了令消費(fèi)者滿意的VR時(shí)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(dòng)和家用游戲市場(chǎng)的表現(xiàn)來定義。而移動(dòng)和家用游戲市場(chǎng)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(xiàng)目上進(jìn)行合作。

另外一個(gè)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(shí)現(xiàn)相片級(jí)別的真實(shí)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(dòng)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(huì)超過移動(dòng)設(shè)備的功耗和價(jià)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(xiàng)新技術(shù)來更正鏡頭系統(tǒng)帶來的多個(gè)失真問題，并通過算法將從動(dòng)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(fèi)者提供更為真實(shí)的VR體驗(yàn)方面具有舉足輕重的作用，因此也極大地增強(qiáng)了這類新設(shè)備的吸引力。

另一個(gè)對(duì)消費(fèi)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(jī)來提供內(nèi)容，并通過電線連接到頭戴設(shè)備上，但是，消費(fèi)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(shí)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(shí)候，可將端到端的延遲降低到幾毫秒。

芯片是影響沉浸體驗(yàn)的核心

瑞芯微電子股份有限公司全球高級(jí)副總裁及市場(chǎng)部總監(jiān) 陳鋒

VR作為下一代計(jì)算平臺(tái)，芯片是影響沉浸體驗(yàn)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(shí)、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(diǎn)：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(tái)。

瑞芯微電子股份有限公司全球高級(jí)副總裁及市場(chǎng)部總監(jiān)陳鋒表示：VR的高端處理是在PC上，對(duì)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(chǎng)景要具有很強(qiáng)的沉浸感。瑞芯微憑借在平板電腦市場(chǎng)積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，才能將VR產(chǎn)品變成消費(fèi)者能夠使用并且樂于使用的產(chǎn)品！

VR軟件為硬件平臺(tái)保駕護(hù)航

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

如同電腦、手機(jī)進(jìn)入“硬件搭臺(tái)，軟件唱戲”時(shí)代，VR有了強(qiáng)大的硬件平臺(tái)之后，后續(xù)也需要更具創(chuàng)造力的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件保駕護(hù)航，針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，會(huì)出現(xiàn)不同的支持軟件。比如：虛擬現(xiàn)實(shí)整合軟件及平臺(tái)(Virtools、Nibiru虛擬現(xiàn)實(shí)游戲平臺(tái)、Quest3D、三維虛擬現(xiàn)實(shí)軟件開發(fā)平臺(tái)WebMax等)；語(yǔ)言類虛擬現(xiàn)實(shí)工具(高階著色器語(yǔ)言HLSL、虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言VRML、三維圖像標(biāo)記語(yǔ)言X3D等)；視覺類虛擬現(xiàn)實(shí)工具及應(yīng)用(Flash 3D、3D播播等)；觸覺類虛擬現(xiàn)實(shí)工具(Haptics)?？梢钥闯觯摂M現(xiàn)實(shí)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(diǎn)

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(shí)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(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)者跟風(fēng)進(jìn)入，但是這并不是一塊好啃的蛋糕，需要扎實(shí)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(jī)就是前車之鑒！