VR虛擬現(xiàn)實概況與核心技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality),簡稱VR,是利用電腦設(shè)備模擬出一個虛擬的三維空間,再運用沉浸式頭戴設(shè)備,為使用者提供視覺,聽覺,和一定程度上的觸覺反饋,讓使用者能夠身臨其境地探索模擬的未知三維空間。

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國內(nèi)科技公司深圳超多維公司,超多維在創(chuàng)新視覺技術(shù)領(lǐng)域出色的自主研發(fā)能力和領(lǐng)先的國內(nèi)外專利布局,以及擅長VR、AR、裸眼3D等技術(shù)與視頻、電影、游戲、直播等娛樂內(nèi)容的強結(jié)合,將促使主打創(chuàng)新視覺功能的新智能化硬件產(chǎn)品火力全開,快速崛起。與其相關(guān)聯(lián)的手機品牌ivvi的未來規(guī)劃涵蓋了更廣闊的視覺消費類產(chǎn)品,如AR、VR、MR等新視覺智能硬件設(shè)備,下一代互聯(lián)網(wǎng)虛擬購物平臺、互聯(lián)網(wǎng)娛樂平臺(游戲、電影)和互聯(lián)網(wǎng)虛擬/3D直播平臺等,為消費者帶來科技前沿的全新體驗。

一、VR虛擬現(xiàn)實歷史

第一階段:探索階段,出現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的基本思想

1956年Morton Heileg開發(fā)出名為Sensorama的摩托車仿真器,具有三維顯示及立體聲效果,能產(chǎn)生振動和風吹的感覺。

1968年Ivan Sutherlan開發(fā)出第一個計算機圖形驅(qū)動的頭盔顯示器HMD(Head-mounted Display)及頭部位置跟蹤系統(tǒng)。

第二階段:開始形成虛擬現(xiàn)實的基本概念,出現(xiàn)較典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

M.W. Krueger設(shè)計的VIDEOPLACE系統(tǒng):

由計算機生成的圖形環(huán)境,在該環(huán)境中參與者看到他本人的圖像投影在一個屏幕上,通過協(xié)調(diào)計算機生成的靜物屬性及動體行為,可使他們實時地響應(yīng)參與者的活動。

1985年M.M. Greevy設(shè)計的VIEW虛擬現(xiàn)實系統(tǒng):

因裝備有數(shù)據(jù)手套和頭部跟蹤器,提供了手勢、語言等交互手段,成為名副其實的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。

第三階段:全面發(fā)展,由研究轉(zhuǎn)向應(yīng)用階段,在商業(yè)、醫(yī)學、航空、教育、工程設(shè)計、娛樂方面都有所應(yīng)用

美軍開發(fā)的空軍任務(wù)支援系統(tǒng)和海軍特種作戰(zhàn)部隊計劃和演習系統(tǒng)(虛擬軍事演習)。

CAD&CG國家重點實驗室開發(fā)的桌面虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)。

2015及以后上市的虛擬現(xiàn)實頭盔HTC VIVE、Project Morpheus、Oculus Rift和增強現(xiàn)實眼鏡Hololens等。

二、VR技術(shù)介紹

1、光場技術(shù)

定義:光場是空間中同時包含位置和方向信息的四維光輻射場的參數(shù)化表示,是空間中所有光線光輻射函數(shù)的總體。光場,就是真實的記錄和復(fù)原整個空間環(huán)境。

應(yīng)用領(lǐng)域:

可以解決VR領(lǐng)域的暈動癥問題,可以解決攝影中的失焦困擾,可進行對高速運動、多主體距離較大場景以及光線不足的室內(nèi)拍攝,通過光場數(shù)據(jù)合成視角來實現(xiàn)虛擬3D顯示。

光場采集方法:

用微透鏡陣列相機,多相機陣列,掩膜及其他相機孔徑處理方案

光場應(yīng)用方向:

光場拍攝:記錄下整個空間的所有信息。

光場顯示:將所有空間信息完整地復(fù)現(xiàn)出來。

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2、眼球追蹤

眼圖錄像法,角膜反射法

3、手勢識別/手勢交互

計算機視覺捕捉。代表有:Leap Motion

慣性傳感器的動作捕捉。代表有:諾亦騰 - Perception Neuron

手套或機械骨骼

觸覺重定向

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4、定位追蹤

借助硬件:機械式跟蹤器、電磁式跟蹤器、超聲波跟蹤器、慣性跟蹤器、光學跟蹤。

視覺追蹤:SLAM(同步定位與地圖構(gòu)建)。

激光定位:代表:Vive的Lighthouse。

紅外光學定位:代表:Oculus Rift 主動式紅外光學定位技術(shù)+九軸定位系、OptiTrack全身動作捕捉、蟻視的HoloDeck。

可見光定位:代表:PS VR。

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5、體感交互硬件

體感座椅,跑步機,體感衣服,頭盔

三、VR市場硬件與產(chǎn)品分析

1、廠商

Oculus、索尼、HTC、三星

2、主要公司及產(chǎn)品

Facebook

2014年3月Facebook收購Oculus,2016年1月,Oculus rift的CV1消費者版預(yù)售。對PC要求高,價格不菲。

小米

2016年下半年,小米推出第一臺軟件產(chǎn)品。49元盒子,之后要推出199元的正式VR眼鏡。

Google

GoogleGlass在2013年限量發(fā)售,售價1500美元,現(xiàn)已停止。

微軟

微軟 HoloLens全息眼鏡在2016年上市,其售價3000美元。

三星

推出GearVR ,售價99美元。

HTC

2015年HTC和Valve聯(lián)合開發(fā)HTC vive。

索尼

PSVR。

當然到2017年底的時候,京東已經(jīng)可以買到非常多的產(chǎn)品了,甚至網(wǎng)易嚴選都在出自己的VR設(shè)備。

3、現(xiàn)有問題

需要在臺式機,筆記本,平板電腦,手機之外,在額外購買HMD設(shè)備。

Oculus消費者版本需要在一臺高端pc才能體驗,而全球只有不到全球pc量的1%的電腦可以達到要求。

4、未來預(yù)期

標準預(yù)期:

450億美元,HMD設(shè)備開始普及,但移動電池和電池續(xù)航問題還沒有解決。

樂觀預(yù)期:

1100億美元,HMD從一款小眾產(chǎn)品變成一個通用平臺,移動電池和電池續(xù)航問題都以解決。

悲觀預(yù)期:

150億美元,完善速度較慢,存在延遲,顯示,安全 隱私 和其他方面的挑戰(zhàn),在這種情況下主要在游戲方面取得成功。

四、有待解決的技術(shù)問題

1、5G技術(shù)

對于畫面質(zhì)量和視角的要求,目前的4G網(wǎng)絡(luò)速度都不能滿足,只能等待超高速的5G網(wǎng)絡(luò)到來。另外,VR/AR的3D計算機圖形處理、3D音效等,都要消耗大量的數(shù)據(jù)流量。

中國初定于2020年啟動5G商用計劃,最早試點估計也要在2019年以后了。

2、光場技術(shù)

廣場技術(shù)能使得外界的3D信息被完整采集,解決在移動當中的失真問題。

3、計算能力

真正復(fù)雜計算的處理還沒辦法完全做到手機上,依然需要PC的支撐,目前顯示不夠流暢、時間長觀看導致頭暈等問題還不能夠完整解決,因此計算能力還需要花費不少時間。

4、周邊設(shè)備

玩游戲時,需要一個比較完整的游戲體驗,所以虛擬現(xiàn)實游戲絕不只是頭顯,甚至需要全身套裝。

北京時間2月10日早間消息,Oculus已經(jīng)開發(fā)了Touch手柄,可以充當虛擬手槍,并在虛擬場景中抓取物體,但該公司CEO馬克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)周四又展示了一款新的虛擬現(xiàn)實手套原型產(chǎn)品。

扎克伯格寫道:“我們正在開發(fā)新的方式,將你的雙手帶入虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實,只要戴上這幅手套,你就可以繪畫、敲打虛擬鍵盤,甚至像蜘蛛俠一樣射出蜘蛛網(wǎng)。我現(xiàn)在就在這么做。”

這副手套的設(shè)計似乎很輕薄,采用了OptiTrack Prime 17W攝像頭來感應(yīng)手套的位置,而非Oculus開發(fā)的傳感系統(tǒng)。與自主開發(fā)攝像頭相比,這樣可以幫助Oculus使用更低的成本快速測試這套裝備。

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扎克伯格正在體驗Oculus的VR手套

總結(jié)一下:

1、VR行業(yè)受到硬件出貨量的影響較大。應(yīng)當先投資硬件,布局更偏底層的技術(shù)與硬件解決方案。之后做好垂直應(yīng)用,再擴展成為平臺。這樣更符合行業(yè)發(fā)展規(guī)律。

2、游戲是一個強需求,VR行業(yè)的大發(fā)展依然需要依靠游戲,VR游戲的體驗需要軟硬結(jié)合,需要完備的周邊設(shè)備。只有這些方向成熟后,整個VR產(chǎn)業(yè)才能夠成熟化。

3、VR的核心技術(shù)包括光場技術(shù)、眼球追蹤、手勢識別/手勢交互、定位追蹤和體感交互硬件五部分。

4、VR硬件基礎(chǔ)層面面臨的挑戰(zhàn)有5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)問題、光場技術(shù)、計算能力和周邊設(shè)備四個方面。

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