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  • 电子产品世界
  • 2023年1月11日11时

    元宇宙的基石——浅谈XR(扩展现实)技术




    1992年科幻作家尼尔·斯蒂芬森在他的小说《雪崩》中提到了两个全新的自造概念,“metaverse(元宇宙)”和“Avatar(化身)”。在小说家的幻想中,人们在metaverse中都可以拥有一个和自己不同的替身,人们可以通过目镜等等终端设备链接入由计算机网络模拟出的另一个三维空间中,并在之中体验另一种不同的生活,让被地理空间所阻隔的人们能够通过各自的虚拟化身相互交往,让数字化身成为自己生命的一部分。


    如今再看这个想法,我想多数人都不会把它当成是一个科幻概念了,它的雏形已经被如今的大众所接触,特别是在刚刚过去的2022年,“元宇宙”这一概念随着各大互联网巨头的纷纷入局,入局者认为,元宇宙是一场颠覆性的变革,一个可能成为下一代互联网、下一代移动互联网的聚变因子,因而被炒作得甚嚣尘上,但另一方面,以Meta、微软为代表的头部公司在元宇宙发展方面却纷纷陷入困境。特别是Facebook在2021年,改名Meta后,雄心勃勃地大局“All in“元宇宙,大有让”元宇宙“加速进入我们的生活之意。但是,公司发布的财报数据显示,该公司专注于包括虚拟现实、增强现实和社交平台三类元宇宙项目开发的Reality Labs部门,2022年前三季度的总运营亏损额达到了94亿美元,高于2021年的69亿美元。自2019年以来,该部门的总运营亏损已经超过300亿美元。


    诚然,从公司运营的角度来看,元宇宙似乎是个巨大的陷阱。但是,站在技术的角度上来看,今年来元宇宙的火热,直接带来的就是XR(extended-range)技术地飞速发展,作为元宇宙技术的基石,XR技术的发展为我们的生活带来和将要带来什么全新的体验呢?笔者,将在这篇文章中,一一为各位道来。


    首先,此XR并非彼XR,我们要谈的不是苹果2018年发布iPhone XR在如今性能几何,而是扩展现实(XR - Extended Reality),一种被称为属于未来的新鲜技术,同时也如上文所说,是元宇宙的基础之一。作为混迹科技圈的各位读者,想必如今已被各种各样的“R“搞得头昏脑胀,远有VR、AR,最近有MR,现在又蹦出一个XR,那么这VR/AR/MR/XR四者之间什么区别呢?对于XR来说,其实很好理解,这里的X即是指的是Extended,又是指数学中的未知变量”X“,简单来讲,XR就是VR、AR、MR技术的集合,指的是一切将人类的交互方式由2D交互向更具效率的3D交互转变的技术的总称。




    VR/AR/MR/XR四者之间的关系

    三种扩展现实技术的区别

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    既然,XR是VR、AR、MR的总称,那么接下来,让我们一起看看这三种扩展现实技术分别能为我们带来怎么样的感官体验升级。


    首先,来看我们相对熟悉的VR技术,VR又叫虚拟现实(Virtual Reality),如果您看过2012年的现象级日漫《刀剑神域》的话,这种技术您也许并不陌生,本作品就以VR技术作为背景,讲述了主人公通过VR设备在网络游戏所构筑的异世界中冒险的故事。那么,什么是VR呢?所谓VR技术具体就是指利用电脑模拟三维空间,通过感官模拟一种沉浸感和临场感,就像把人带到一个虚拟的仿真世界。

    也许您会问:这和普通3D电影有什么区别呢?——VR技术和3D电影最大的区别就在于人与影像内容的互动感。通俗来说,成熟的VR技术想要实现的目标是类似于电影《盗梦空间》,用户就像在真正的世界之中,可以与这个世界互动,再用计算机模拟出一些效果,比如游走在90°折叠的城市的效果,能骗过眼睛五感和大脑全程高能又科幻,但一切都是有数字构成的世界,是假的!没错,已现今的技术来说,要实现完全的VR难上加难,但是对于简单的VR效果,现如今已经在游戏领域开花结果,最有代表性的是美国Valve(维尔福软件公司)于2019年推出的VR游戏《半条命alyx》,其绝佳的互动性与身临其境的VR效果让不少玩家大呼过瘾,同时也看到了VR在游戏娱乐领域的巨大潜力。



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    其次,既然完整的VR技术实现起来尚有一些困难,那么能不能退而求其次呢?这就是AR增强现实(Augmented Reality)技术了。所谓增强现实,就是现实世界的升级版,在已有的现实世界中增加一些内容显示,就是在真实空间里植入虚假内容,把虚拟信息(物体、图片、视频、声音等)映射在现实环境中。说得再直白一点,就是数字版的海市蜃楼。早在2016年,由Valve主办的DOTA2国际邀请赛中,便得以实际应用:现场通过AR增强现实和全息投影技术,让观众们可以清晰地看到被选中的英雄栩栩如生地“降临现场”,感觉整装待发的英雄们都快要在比赛现场打起来了,整个DOTA2 TI6现场气氛都被炫酷的AR视觉效果所点燃!而,同年推出的任天堂与Niantic联合开发的《Pokémon Go》风靡各国,进一步加速了AR在游戏领域的发展。



    DOTA2 国际邀请赛中的AR技术

    《Pokémon Go》



    在游戏之外,同样也有大量AR的应用场景。对我们生活帮助最大的也许是AR的地图导航,将地图、手机摄像头与AR技术深度结合,摄像头会将真实世界中的一切呈现在手机屏幕上,同时指示箭头等虚拟模型会叠加在现有图像上,这个虚拟模型可为行人和车辆指引方向,从而无比直观地显示你的目的地行进方向。





    AR车辆导航


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    最后,至于MR混合现实(Mediated Reality),则是可以看作是VR和AR的混合模式,因为它指的是合并现实和虚拟世界后产生的新可视化环境。它的表现效果更接近AR,不同之处在于空间定位及虚拟物体的真实性做得更好。AR眼镜中的虚拟物体是会跟着使用者一起移动的,但是MR眼镜中的虚拟物体是固定位置,即MR能实时计算虚拟物体与使用者在真实空间中的定位。


    随着近几年元宇宙的大热,XR技术的发展开始进入了快车道,目前的XR技术都有哪些研究和发展方向呢?第一,便是模拟嗅觉,在XR技术领域,模拟气味虽然比较新颖,但研发机构也不在少数。原理解释起来也不复杂,就是通过变换气味的装备,根据你看到的摸到的东西,反馈最贴近的味道;第二,是模拟味觉,听起来似乎很夸张,难不成还要把XR设备吃掉不成?其实不然,目前的研究人员主要是从气味、颜色、形状等因素上下功夫,从而实现增强味觉的体验。比如詹姆斯·比尔德基金会(James Beard Foundation)就推出过Aerobanquets RMX中就通过XR体验,仿造了味觉的感知。




    虽然,现在的元宇宙技术还处于雏形阶段,XR技术也有很长的路要走,但是人们对于创造虚拟世界的欲望确实愈来愈强。笔者认为,元宇宙也好,XR技术也好,很可能是一条正确的但又是艰难的道路,随着各种巨头企业的纷纷入局,XR技术一定会在将来全面走入我们的生活,掀起另一个信息革命。




    END


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