走近 VR

陈国宁(abllenchen)

本文作者:陈国宁,2008年加入腾讯,先后从事支付portal、渠道、云账户、云支付、midas等系统的研发工作,2014年成为部门架构师,承担整体付费流程和系统架构设计。主导技术支付专利25篇,并在2010、2012两次获得公司重大技术突破奖。现负责整个midas支付的系统设计,及支付后系统的建设工作。

1、什么是VR若说时下技术界什么最吸引眼球,VR肯定是其一。 随着业界各公司虚拟现实设备的陆续发布,可以说形成了一股风潮。那么究竟什么是VR,为何在2016年开始逐渐风靡业界,又有那些值得关注的呢?VR,全称Virtual Reality,即虚拟现实,这一名词最早是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在80年代初提出。但对VR的向往,早在1930年代,就已有科幻作家(Weinbaum)有所描述。由于客观条件的限制,在很长的一段时间内,VR都只是出现于实验室或相对专业的领域,如虚拟战场系统、飞行系统仿真器等。如图即为美国宇航局NASA80年代开发的VR设备:

一般说到VR,就会提到AR(Augmented Reality,增强现实), 虽都有现实,但两者相比,VR就是一个完全被创造出来的世界,与3D建模、4D电影这种最大的不同在于,这个被模拟出来的世界要能带来与真实世界一样的感受(主要指人身体上的感受)。所以,VR是假的,一切都是假的,但是尽量让你的感受是真实的。而为实现这个感受,不光需要将将“信息”与场景进行结合,更核心是运算技术。如对一个三维空间,用户可以控制视角的前后上下左右移动,但是在现实世界中,人可以在摆动头部的同时进行眼球的转动,如果再加上脚步,这将是一个相当复杂的即时运算过程。VR特征一般用3I(Imagination、Interaction、Immersion)表示,即构想性、交互、和沉浸感。

2014年Facebook收购Oculus,可以算是VR界的里程碑事件,让VR步入大众视野。与之相辅助的,则是硬件科技树的大片被点满,如移动设备催生的Retina屏(5.5寸4K已经高达800ppi,iphone初代是300ppi)、各种如光线、距离、加速度、方位、气压、心率传感器,及4K推动的新显示卡(见下图,最新一代显卡单浮点性能已达12T,作为对比,intel的cpu浮点只有数百G)等等,这些质的变化都让VR实用化有了必要的条件。

自此,随着业界对虚拟现实创业公司的风险投资逐步增加,各种新产品如雨后春笋不断涌现,形成目前的火热局面。

2、VR的现状

2016年,可以说是VR设备的元年,SONY的PS VR、HTC VIVE、Oculus Rift、Samsung Gear VR,都已经纷纷量产并上市。从事VR的开发公司也如越来越多(国内如华为、乐视也都纷纷推出VR设备,据统计现在至少有2000家公司从事VR的开发),虚拟现实设备已经逐渐走入主流消费市场。

下图是有代表性的VR设备的数据列表:

Oculus rift的展示:

要包含一套头盔、位置追踪器、控制器、手柄等

对硬件设备有关注的,应该能发现这些设备的参数及系统要求都不低:双眼2K分辨率显示屏(专门定制)、高达90~120HZ的刷新率(一般屏幕都只有60Hz)、110度视场角、红外或激光定位器等。而配套的主机要求则更为扎眼:最低配置已经超越90%的电脑配置了,甚至Oculus Rift都宣称暂不支持苹果主机(其显卡一般都偏弱,除了巨贵的Mac Pro),这里面Sony虽然标是PS4主机, 据说正在准备准备新版的PS4 VR,以支持4K显示。

对于VR,技术重点都在硬件方面,分别说一下头盔和重中之重的头部追踪技术,这两者结合才使VR有了质的提高。

首先,VR头盔,并不是简单的头戴式显示器。参见Ocuplus的头盔设计。

为了得到宽阔视角,可以看到实际设备使用了凸透镜结构。这样做目的有两个,一是放大显示屏,让你看不到边缘,一旦出现了边线沉浸式体验就会被摧毁;二是显示屏中的目标必须消失在远方,镜片会将射入的光线变成平行光线,用户不需要对焦,观看时你所面对的似乎是无穷的、远距离的显示屏,这样就既符合现实,也可以防止眼睛疲劳。但用凸透镜放大屏幕会产生一个问题,就是画面会扭曲,解决方式是先把屏幕画面使用一定的算法进行扭曲,经过放大镜放大之后抵消扭曲,从眼睛看上去就正常了。

从纯粹作为显示设备的角度看,oculus rift的特别之处主要在于透镜的设计,就是先把广角的图像压缩成平面,然后通过透镜把画面恢复成广角。这样能做到最好的效果就是完全沉浸的三维立体感。其次,就是运动感知,其中重点为头部追踪技术。仍以Ocuplus为例,其头盔本身集成加速度传感器等可用于辅助定位,而在头盔外表,有很多的不可见红外小点,这些小点可以被像话筒一样位置追踪器检测到,这样就随时可以感知到头部在三维空间中的位置和角度的偏移。追踪器把这些数据传回计算机,软件就会做出相应的画面调整。简单说就是,如果你向左转头了,系统就会计算出你往左转了多少度,转的速度曲线是多少,然后把这个结果传给游戏程序或者视频播放器,然后游戏程序或者播放器就会把画面做出相应角度和速度的位移。当然,这个过程必须是毫秒级别的,以使感受逼真。相比Ocuplus, HTC View还有一项叫Chaperone的技术,可以避免用户在空间内走动时撞到物品,或是踩到什么东西(比如宠物)。除了上述两项基本的技术要求,VR要想体验更好,还需要更多的和虚拟空间进行互动的方式,这个问题目前的解决方案有如oculus touch,这可能是目前阶段最通用和最理想的交互设备。其他的包括手势识别、跑步机(下肢运动感知)等也都在快速演进中。

整体来说,目前技术的进步,已使人们可以感受到初步实际的VR效果,而据一些体验报告这些设备的沉浸感都还不错。不过现阶段实际投入也不菲, 不光是VR设备,强劲的主机,还有继iPhone之后 国外“黄牛”开始热炒VR眼镜了。

3、VR目前的问题尽管VR目前很热,但也还有几个问题需要面对:1. 硬件虽然在发展,但离较完美体验还有差距目前显示屏还都在2K级别,带来的感觉就是图面明显的颗粒感,若想较真实,需要4K,甚至8K;目前最新的电脑硬件对4K 60Hz才刚刚满足,与无眩晕要求的120Hz及更高还有差距;以上两项导致目前还没有出现能够像虚拟现实所宣传的完全沉浸式、无死角、无托拽影像的体验。另外高性能硬件耗电大,对时延也敏感,导致头盔目前普遍还有根线,带来不便;最后,想要更好的感受,你得要有一个大点的空间:

2. 设计及制作成本高昂导致优良内容少内容是一款设备的灵魂。相比3D,虚拟现实的沉浸感,所要求的制作复杂度只会更高,这就带来更高的设计及制作成本。高质量的VR视频,可能几分钟就有几百GB的大小。以目前的情况看,内容相对还都比较粗糙,数量也偏少。3. 虚拟体验过于真实后的风险:举个例子,纪念碑谷,一款超现实的2D游戏,用有趣的空间错位感交织出了清新唯美的迷宫世界。若将其放到虚拟空间,带给人的思维冲击会是巨大的,过于真实的错位假象,会容易让人产生对现实世界的迷惑,有些甚至还可能会有某称程度的上瘾。这些都是以后要综合考虑的。

小结在Facebook、谷歌、微软、索尼、三星等知名科技公司都将VR视为下一个风口时,相互间的竞争已事实上将VR领域变成红海。但技术尚需积累,内容并未成熟,导致目前呼声虽高但市场还是偏冷的雨点小情况,VR进入生活仍需时间。普遍的预测是VR行业大爆发还需两到三年。 我们应庆幸生活在这个美好年代,可以静观、或参与VR从虚幻变成现实的整个过程。WOW,看完abllen的介绍,不知道各位有没有不同的看法与观点呢?高手过招,直接在文章下方发表评论,我们期待倾听不同的声音。

原文发布于微信公众号 - 腾讯技术工程官方号(Tencent_TEG)

原文发表时间:2016-05-05

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