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「科技评论」增强现实技术袭来

2023-02-05 18:25:16 1153

摘要:战略前沿技术 1945年7月,二战时期美国最伟大的科学家范内瓦·布什(Vannevar Bush)预言说,将出现一种头戴式摄像机,它安装在“一副普通眼镜”上,其中记录有评论、照片和科学实验数据。这可以被视为如今的增强现实技术(augment...

战略前沿技术

1945年7月,二战时期美国最伟大的科学家范内瓦·布什(Vannevar Bush)预言说,将出现一种头戴式摄像机,它安装在“一副普通眼镜”上,其中记录有评论、照片和科学实验数据。这可以被视为如今的增强现实技术(augmented-reality technologies)的先驱。

“增强现实”这一概念出现在上世纪九十年代,指的是将数字界面重叠到现实世界中的技术。与在你眼前的屏幕上呈现3D影像,实现沉浸式效果的“虚拟现实”不同,增强现实技术直接将不透明的全息影像嵌入周围环境中。在过去的几十年里,我们不断朝着增强现实技术靠近,以提升现实世界的体验,但直到最近几年里才实现了大小适中、价格合理的头戴式设备,影像也变得更加立体。

随着移动计算和图像处理方面的进步,增强现实与虚拟现实技术都变为了可穿戴、便携式的技术,价格也变得平易近人。第一批虚拟现实设备已经开始为赢得用户青睐而展开角逐:Facebook旗下的Oculus VR宣布Oculus Rift头戴式显示器将于明年问世;HTC的Vive 以及Oculus与三星的合作产品Gear VR都宣称将于今年年末问世。增强现实技术稍稍有点落后:最前沿的增强现实产品——微软的HoloLens 和谷歌支持的Magic Leap都没有定下确切的发布日期。

如今,增强现实和虚拟现实技术正在为我们观察世界的方式展开竞争。沉浸于虚拟现实时,你不能真实观察周围的事物,可能在移动时撞墙,而Magic Leap和HoloLens这类增强现实设备则有潜力改变我们的日常生活方式。斯坦福大学电气工程助理教授戈登·韦茨斯坦(Gordon Wetzstein)说:“增强现实技术能够与交流、工作、信息视觉化以及外出游戏等日常事务无缝对接。它将彻底改变我们的交流方式。”



谷歌的Magic Leap目前仍处于“保密阶段”,但从其网站给出的图片我们能看出他们的雄心有多大:小象在手心中跳舞;教室中,海马漂浮在空中,孩子们拍手称赞;在紫色的天空中,龙与鸟儿展翅翱翔。这些生动的插图告诉我们,Magic Leap正把世界变成一张没有屏幕的触摸屏。

微软则暗示这一技术在教育、工作场所、手术室和实验室中的潜能。HoloLens可以让跳动的立体心脏模型在空中漂浮转动,让见习医生和医科学生体验更加生动的课程。它还能使用火星车传回的数据,让你感觉自己就身处那颗红色星球上。

这些描述听起来就像魔术一样。它们真的能够实现吗?微软和Magic Leap都细心保护着硬件细节,担心被同行窃取。但据其专利申请书所写,Magic Leap的设备会直接将光投射到视网膜上,这将让大脑无法区分外部世界的光和Magic Leap发出的光。虽然微软还未解释HoloLens会怎样将光投射到眼中,但根据韦茨斯坦的文章,HoloLens很有可能通过多种方式产生和Magic Leap一样的效果。


但在这一切实现之前,增强现实技术仍旧面临着诸多困难。其中最大的困难是:将硬件全部集中到一个无线轻便的头戴式显示设备中,而这一设备的大小和价格要和一副高端太阳镜相近。换句话说,将全息投影和真实世界相交融已不再是问题,问题是效果的逼真度以及所需的成本。增强现实技术必须实现“逼真的视觉体验”,同时保持设备大小合适,佩戴舒适,这样人们才会愿意使用。

同时,要实现这一技术奇迹,电源也是一个问题。如何才能在保持设备可移动的情况下保证电源的充足?韦茨斯坦指出,要让增强现实设备室外派上用场,其显示器必须足够亮。而高亮度将消耗更多的电力。

还有就是最初的问题:如何创造逼真影像,同时让其与周边环境自然契合。对一个头戴式显示器来说,任何微小的影像错位或者延迟都会造成不适。这就需要计算机视觉(computer vision)的帮助:显示器必须了解佩戴者的视线投向了哪里,看到了什么事物,同时感应周边环境,分清什么物体是移动的,什么物体是静止的。

但就算这些问题都得到解决,增强现实技术依旧可能被虚拟现实技术打败。虽然一些演示表明增强现实技术能够实现沉浸式的体验,但实际上,其视野还不够宽广,几乎和电视的大小等同,同时用户还能在显示器边缘看见“未增强的现实世界”,不断分散用户的注意力。这一问题将在未来得到解决。但在那之前,用户会更偏向于虚拟现实技术。

考虑到这些利弊,未来的市场将不会被单一技术占领。乔治亚理工学院计算机教授萨德·斯特纳(Thad Starner)预测说,用户们会根据自己的需求选择各类增强现实和虚拟现实技术设备。“对电子游戏来说,大视野的设备会更有趣,而对于手术、发消息和个人信息管理来说,选择较小的视野就足够了。”


这一观点道出了可穿戴市场中不言而喻的法则:设备需要用户支持。在讨论HoloLens和Magic Leap时,谷歌眼镜的阴影挥之不去。最早在公共场合使用谷歌眼镜的用户受到了人们的嘲讽。“如果戴着谷歌眼镜上街会惹人猜疑,那谁还在乎产品功能?”明尼苏达大学运动机能学教授托马斯·斯托弗雷根(Thomas Stoffrengen)说道,“增强虚拟现实技术或许能解决功能问题,但我们还需观察它是否会引起社会问题。”


加利福尼亚大学教授Tobias Höllerer曾参与制作最早的可移动增强虚拟现实系统,他认为“第一批用户在会在某些特定情况下使用增强现实技术”,比如建筑师会用其展示蓝图,游客用其体验古代遗址。这意味着人们只会用这一技术来完成智能手机无法完成的任务。这不会为其赢得大众支持,但是至少能在先驱用户中的产生一定影响。

1993年,当斯特纳背着沉重的个人电脑出门,一名计算机科学家问他为何要买一台移动电脑。而如今,当他戴着头戴式显示器出门,人们问他:“这是什么?我能试试吗?我也能买一台吗?”显然,计算机和科学家们都取得了长足的进步。

范内瓦·布什于五十年前做出的预言成真了:“我们已经进入到一个能够以低成本制作高性能复杂设备的时代。”

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