虛擬現(xiàn)實進入產(chǎn)業(yè)化臨界點？

　　Google VR 硬件處理器

　　Google自己的SoC芯片也表明了Google不僅僅要進軍VR領(lǐng)域，還要開拓VR硬件領(lǐng)域。為了推動VR的發(fā)展，據(jù)說Google要開發(fā)自己的系統(tǒng)級芯片。來自The Information的報告稱，Google與元件供應(yīng)商洽談來共同開發(fā)針對虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的芯片設(shè)計。該報道引述消息人士的話，Google一直在“尋找芯片的核心，進而確保芯片供應(yīng)商可以提供足夠動力。”

　　實際上，Google自己似乎也在支持這一報道。公司在公開放出一個名為“多媒體芯片架構(gòu)師”的職業(yè)招聘，該職業(yè)將“主導(dǎo)芯片開發(fā)”，開發(fā)范圍主要在“多媒體方面，包括圖像處理，視頻處理，穩(wěn)定化等等”。招聘要求是“在SoC的圖像/視頻/播放流水線方面有相應(yīng)經(jīng)驗”，而最終目標(biāo)是把芯片“產(chǎn)品化”。

　　Google Tango

　　Tango項目是開發(fā)有電腦視覺傳感器的一系列手機和平板。這讓設(shè)備可以做3D室內(nèi)地圖，深度測量、增強現(xiàn)實和其他任何開發(fā)商能想出的功能。

　　Tango項目在2014年公布了一個開發(fā)者工具包，Google表示已經(jīng)賣出超過3000個。在2014年Google I/O網(wǎng)絡(luò)大會上，Google和LG宣布在2015年會公布一款商業(yè)產(chǎn)品，但是這從未發(fā)生。但在2016年CES大會上，Google和聯(lián)想宣布第一款商業(yè)Tango設(shè)備會在今夏上市。

　　投資 Magic Leap

　　2014年，Magic Leap 接受 Google 高達 5.5 億美元 B 輪投資。2015年早期，麻省理工評論將Magic Leap技術(shù)評為2015年10大技術(shù)突破之一，該公司致力于增強現(xiàn)實的研究，它能讓你看到與真實世界無縫銜接的虛擬3D物體。Magic Leap很少談?wù)撈浼夹g(shù)或策略。但是麻省理工評論了解到這家公司正致力于能夠處理光的硅片研究，并邀請開發(fā)商來為這個設(shè)備添加內(nèi)容，現(xiàn)在并沒有一個公開發(fā)布日期。

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)：以頭戴式可視設(shè)備(HMD) 為例

　　頭戴式顯示設(shè)備(HMD)可能是與虛擬現(xiàn)實相關(guān)的最能被一眼認(rèn)出的東西了。有時候它們也被叫做VR頭盔或是VR眼鏡。你可能從名字就猜到了，這些都是安置在你的頭部、直接向你的雙眼顯示圖像的顯示設(shè)備。至少，如果有一個設(shè)備符合這兩個條件，你就可以在廣義上把它叫做HMD。

　　HMD并不僅僅被用于虛擬現(xiàn)實，它們同樣還能用于軍事、醫(yī)療、工程等領(lǐng)域。一些HMD讓用戶能夠通過它們來觀察外界，將電子信息投射到所見的真實世界中，這一般被叫做“增強現(xiàn)實”。

　　當(dāng)我們回頭審視虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域中現(xiàn)存的各種HMD時，會很明顯地發(fā)現(xiàn)，這些設(shè)備絕不僅僅是將兩塊屏幕綁在你眼前。無論是作為個人影音設(shè)備、還是全方位VR交互界面，為了獲得沉浸的體驗，HMD都需要整合許多技術(shù)。讓我們來看看你應(yīng)該有所了解的那些最重要的技術(shù)吧!

　　顯示技術(shù)

　　顯然，顯示屏是一臺HMD中最重要的組件之一，畢竟這是你在使用的時候傾注最多注意力的地方?，F(xiàn)在的HMD設(shè)備會使用各種技術(shù)向眼球投射影像，其中最常用的顯示技術(shù)是液晶顯示，也就是LCD。LCD也被用于制造智能手機、電視機、以及計算機的屏幕。另一種相似的顯示技術(shù)OLED(有機發(fā)光二極體)也已經(jīng)被一些HMD設(shè)備采用。HMD顯示屏有兩個相當(dāng)重要的指標(biāo)：刷新率(refresh rate)和延遲(latency)。

　　像素和顯示

　　由于智能手機和平板電腦掀起了某種制造在數(shù)英寸的小屏幕上顯示高密度像素的“軍備競賽”，HMD也沾了光。像素是形成一張圖片的小點。顯示屏上每平方英尺的像素點越多，顯示出的圖像就越逼真。根據(jù)Apple公司創(chuàng)始人兼前CEO Steve Jobs的說法，一旦你每英寸的像素(ppi)達到了300，那么人類的眼睛在距離屏幕10到12英寸的位置上就分辨不出單獨的像素點了?，F(xiàn)在，高端手機的顯示屏在往600 ppi的方向發(fā)展，這意味著對于普通的智能手機用途來說，多余的這些像素純粹都浪費了。HMD設(shè)備就不同了——你的眼睛距離顯示屏只有幾英寸，這些額外的像素密度將帶來天壤之別。

　　視網(wǎng)膜投影

　　另一種尚未大規(guī)模應(yīng)用、但的確存在于一些頭戴式設(shè)備中——比如Avegant公司的Glyph——的顯示技術(shù)，叫做視網(wǎng)膜投影，其中用到的迷你電子投影儀會通過微型鏡片將圖像投影到你的視網(wǎng)膜上。它將你眼球的背面作為屏幕。視網(wǎng)膜投影的支持者認(rèn)為，與采用LCD或OLED顯示技術(shù)的HMD設(shè)備相比，采用視網(wǎng)膜投影技術(shù)的HMD在成像質(zhì)量和用眼疲勞方面都有優(yōu)勢，只不過限于目前的技術(shù)水平，視網(wǎng)膜投影還不能提供其它技術(shù)能夠給予的沉浸視野。

　　刷新率

　　刷新率指的是在一段時間內(nèi)顯示屏更新顯示內(nèi)容的速度。一般來說，LCD計算機屏幕可以達到每秒60次，也就是60Hz。這也意味著最大的幀速率是每秒60幀。電影一般是每秒24幀。最近一些新電影，比如霍比特人，提升到了48幀每秒(fps)。對于觀眾來說，這讓電影看上去感覺更為流暢和真實。對于網(wǎng)絡(luò)視頻(比如YouTube上的那些)來說，60fps正在開始慢慢流行起來，特別是用GoPro之類的攝像頭拍攝的動作影片。既然虛擬現(xiàn)實要的就是讓人產(chǎn)生身臨其境的現(xiàn)場感和沉浸感，那就要問問應(yīng)該要達到什么樣的刷新率才行了?？瓷先?0fps是最低的門檻，90fps的表現(xiàn)會相當(dāng)不錯。一些HMD設(shè)備甚至支持120Hz的刷新率。

　　延遲

　　延遲是一個輸入到一個輸出之間的時間間隔。比如，如果你在虛擬世界中轉(zhuǎn)頭，但你看到的圖像要用1到2秒才能跟上你新的頭部位置，那么你會體驗到嚴(yán)重的延遲。為了騙過你大腦中的視覺系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實需要非常低的延遲——通常來說，一流的體驗中延遲需要達到20毫秒或是更低。不幸的是，延遲并不是一件能被簡單解決的事：它不僅僅由你的顯示屏決定。從位置感應(yīng)器到計算機硬件都會影響圖像傳輸?shù)斤@示屏的速度，每一個部件都會添上一點延遲。因此，一個低延遲的顯示屏是必須的，但只有它往往是不夠的。

　　光學(xué)

　　如果你拿起手機，將LCD顯示屏放到臉前，很有可能你看不到任何變化。為了創(chuàng)造出身處虛擬世界的沉浸感，屏幕上的平面圖像需要被放大到足以充滿視野。南加州大學(xué)一個研究團隊做了一次實驗，結(jié)果表明，任何試圖達到無邊界、讓人沉浸的視覺效果的HMD設(shè)備，都需要保持90到100度的視場(FOV)。HMD中的鏡片對此至關(guān)重要。我們的視場并不像屏幕一樣是方形的，也不是平板的，所以光學(xué)上的技巧必不可缺。有許多不同的HMD光學(xué)設(shè)計，對于應(yīng)該用什么鏡片以及背后的原因也眾說紛紜，但一致的看法是，鏡片的質(zhì)量非常重要。一臺使用了廉價鏡片的HMD設(shè)備可能在成像質(zhì)量、清晰度、以及不希望發(fā)生的扭曲現(xiàn)象(unwanted distortion)幾方面都會很糟糕。對一臺已經(jīng)賣出去的HMD設(shè)備，能做的效果最顯著的升級通常就是更換更高級的鏡片。

　　頭部追蹤

　　如果你能清晰地看到圖片，那真是再好不過了，不過如果不知道你頭部的位置的話，計算機也就無法了解你在注視著哪里?，F(xiàn)代的HMD設(shè)備使用各種技術(shù)來準(zhǔn)確追蹤頭部的位置。獲益于不斷發(fā)展的智能手機技術(shù)，我們現(xiàn)在可以在芯片上放置多維加速度計(multi-axis accelerometer)，而紅外跟蹤攝像頭則可以準(zhǔn)確捕捉到HMD上的標(biāo)記，它們會將位置信息傳輸給計算機。不在固定位置使用的移動HMD就無法利用到外置攝像頭進行追蹤了，原因非常明顯，不過有一些新的技術(shù)——比如微軟的Hololens和Google的Tango計劃中用到的——可以通過在加速度計之外添加多種感應(yīng)器來完成位置計算。

　　眼動追蹤

　　目前，至少有一款HMD設(shè)備(FOVE)宣稱整合了眼動追蹤技術(shù)。但是也有一些第三方為其他HMD產(chǎn)品提供這樣的升級包。

　　眼動追蹤使得HMD可以計算你在看哪里，隨后利用這個信息做一些事。比如，它可能會調(diào)整屏幕上圖像的深度(depth)來更貼切地模擬自然視覺，虛擬角色將會能夠?qū)δ愕淖⒁曌鞒龇磻?yīng)，或者你可以在虛擬世界中通過目光來快速選擇菜單項。

　　眼動追蹤可能會是一種用處極廣的重要輸入信息，讓我們能夠更自然地與界面進行交互。

　　眼動追蹤技術(shù)才剛剛進入虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域不久，時間會告訴我們開發(fā)者們最終用它做出了什么。

　　音頻硬件

　　HMD設(shè)備的音頻沒有太多可說的東西，一些HMD設(shè)備會自帶耳機部分，而另一些則不那么做?？梢赃x擇使用自己的耳機的HMD設(shè)備也屢見不鮮，這些設(shè)備自帶的耳機是可以被移除的。

　　計算機硬件

　　HMD既是輸入設(shè)備、也是輸出設(shè)備，它能夠追蹤你的頭部移動、也能夠向你眼中投射圖像。在這兩個步驟之間就是計算硬件的領(lǐng)地。事實上在計算硬件方面，所有HMD都能被歸入三類。第一種是完全內(nèi)置計算硬件的設(shè)備，這些一般都是移動的、用電池供電的系統(tǒng)。通常這種硬件是拓展了用途的智能手機，甚至就是使用智能手機來完成所有需要的計算。第二種HMD設(shè)備自身不具有任何計算能力，它與外部的計算機連接。通常這種HMD設(shè)備接受HDMI輸入，用USB接口傳出頭部追蹤數(shù)據(jù)。第三種是前兩種的結(jié)合，既有自己的內(nèi)置硬件，也允許外部裝置接入。

　　雖然智能手機硬件的性能已經(jīng)足以提供一定程度的虛擬現(xiàn)實體驗，但仍然遠遠比不上計算機和主流游戲家用機能做到的地步。所以，從視覺逼真度和幀速率的角度而言，專門的外部計算硬件仍然是最好的選擇。

　　其他硬件

　　HMD的制作可以使用到各種各樣的材料：硬板紙、塑料、金屬、以及其他任何能把部件連在一起的東西。對于特定的一款HMD設(shè)備，考慮一下你能調(diào)整哪些地方是很重要的一件事。頭部綁帶的調(diào)整范圍就是重點之一。如果你戴著眼鏡，記得確認(rèn)HMD設(shè)備是不是能夠容納眼鏡、或是通過調(diào)整HMD的鏡片可以讓你無需再戴眼鏡。最后，舒適的襯墊和人體工程學(xué)設(shè)計常常被人忽視，但卻也都是重要的因素。

　　輸入配件

　　之前提到過，HMD可以捕捉你的頭部位置信息，但是更多樣的輸入形式也不可缺少——除非你愿意站在固定的一點上，既不走動也不與其他東西交互。目前，最主流的虛擬世界游覽方式是通過現(xiàn)有的視頻游戲外設(shè)。這包括了游戲用的手柄、飛行控制桿、賽車方向盤以及鼠標(biāo)和鍵盤。已經(jīng)有一些專為VR設(shè)計的、更能帶來沉浸感的裝置，更多的則在開發(fā)中，包括全方向跑步機(omnidirectional treadmills)和SteamVR控制器之類的設(shè)備。

　　在非常高端的市場上，你可以找到追蹤全身運動的系統(tǒng)、機械力反饋裝置、液壓動力的操縱器等等。它們都與HMD一同協(xié)作，帶來更好的交互性和沉浸感。

　　這一切是如何工作的?

　　視網(wǎng)膜投影之類的不怎么普遍的科技先不提，大多數(shù)使用LCD或是OLED成像的HMD設(shè)備的工作原理是，向兩眼呈現(xiàn)相似但略有不同的圖像。這帶來了立體感的幻覺，也就是大多數(shù)人認(rèn)為的3D圖像。你可能猜到了，這需要為兩眼都單獨地成像，但是為了節(jié)約成本、降低復(fù)雜性，大部分HMD設(shè)備向雙眼呈現(xiàn)的圖像是一樣的。

　　呈現(xiàn)的圖像本身并不能填滿整個視野，也并不是完美的方形。如果你不將設(shè)備戴到頭上而是直接察看屏幕，你會看到兩個圖像都有模糊的灰色邊框。這模擬了我們的視野——位于視野中央的部分非常清晰，銳度(acuity)隨著靠近邊界而下降。在正確的距離從鏡片中看出去，圖像會很好地符合我們的視場，看上去非常自然，像是我們看的不是圖片、而是真實的場景一樣。

　　所以，當(dāng)這些技術(shù)融合在了一起，你會感到身臨其境。無論你往哪里看，你看到的都是虛擬的現(xiàn)實，它們代替了真實的世界環(huán)繞在你身邊。這就是HMD是如何構(gòu)成虛擬現(xiàn)實幻境的。