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【FIO系列报道】从虚拟现实(VR)和增强现实(AR)到“混合现实”的发展

发布:HPLSElaser    |    2017-10-11 11:12    阅读:578
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在2017年光学前沿会议(FiO 2017)中,欧酷来(Oculus)公司的Scott McEldowney使用普通眼镜,融合增强现实(VR)技术和虚拟现实(AR)技术勾画出未来场景。

目前,虚拟现实技术和增强现实技术广泛应用于各个领域。VR技术试图将用户浸入一个完全独立的世界,AR技术则是将虚拟数据、图像以及感官体验覆盖到真实世界中。在华盛顿举办的光学前沿会议以三场“远见者”(“Visionary Speakers”)主题演讲为开端,欧酷来公司的Scott McEldowney在发表其中一场演讲时描述了将VR技术和AR技术混合的未来世界。McEldowney表示,未来所使用的设备几乎与普通眼镜一般轻便,并“将AR、VR以及所有的技术都集成在其中。在未来的某一天,这种设备将能够全天佩戴”。

McEldowney是一名光学工程师,工作于欧酷来公司,负责VR和AR的成像与显示技术,曾参与过微软体感游戏机和全息眼镜项目。McEldowney认为,“混合现实”技术的未来将至,但可能是很多年以后。在“远见者”主题演讲中,他对观众如此说道:“混合现实技术的未来需要在座所有人的努力与突破才能够实现。”

“大众认可的”设备

McEldowney指出,VR技术已在捕捉真实世界信息并将其带入虚拟世界的方面取得了巨大进步。他表示:“这可能完全改变许多工作和娱乐的方式。”但McEldowney 又说道,以目前的进展来说,尚无法生产仅通过一双极普通的眼镜就能“到达任何地方的混合现实设备”。而这种“大众认可性”是“未来任何可穿戴产品设计的必要条件”。

换句话说,实现McEldowney所说的“完整AR技术”,即未来的混合现实技术,将需要使用“轻便、舒适、节能、时尚且大众认可的”AR眼镜。这将是一系列的技术规程,“或许需要五年、十年,以至更长时间,但最终混合现实技术将成为我们日常生活中的一部分”。

漫长的发展道路


Scott McEldowney在2017年光学前沿会议上。照片来源:Alessia Kirkland。

然而,从AR、VR技术到混合现实技术的转变还需要光学技术上的根本性突破,McEldowney认为这类似于20世纪50年代末由心理学家和计算机科学家J.C.R.Licklider首次提出“以人为本”的计算机理念到今日我们手中的苹果手机之间的漫长发展道路。McEldowney强调说,从现在到混合现实技术发展的成熟阶段还需要许多年,但这是值得铭记的。

McEldowney表示目前VR技术已经“能够将正确的光子发射到视网膜中,在耳膜上施加正确的压力波,在皮肤上产生正确的振动”,以实现“完全真实”的体验。当我们能够在轻便的AR套件中“将这些虚拟体验与现实世界无缝连接”时,则会有更大的飞跃,也需要使用更先进的技术,但McEldowney认为脸书(Facebook)和优步(Uber)的发展在今天来看同样无法想象。他说道:“这听起来可能难以置信,但请记住,我们已经见证过它的发展。”

将正确的光子发射到视网膜中

在演讲中,McEldowney使用大部分的时间来讨论如何实现这种未来的轻便混合现实技术。当然,其技术要求直接关系到光学的发展,特别是“将正确的光子发射到视网膜中”的显示技术。他强调,对于AR的消费类用途,还需对其景深、图像质量、视野以及“眼箱”(成像系统能够接收图像的空间内可允许的误差及体积)进行严格要求。但McEldowney 表示:“改进其中一项指标将会影响到其他指标的改进。”

McEldowney表示,“消费类AR”基于压缩显示、舒适性以及人体工程学的要求同样增加了指标限制。他指出,微软目前最新的全息眼镜重量大约为685克,而普通眼镜的重量大约为20至25克。“只有进行数量级上的改变”,才能达到全天可穿戴设备的要求。McEldowney认为这是一个令人望而却步的问题,但鉴于先进的光学技术和工具能够带来的重大突破,例如纳米材料、超表面、微机电系统(MEMS)和计算光学等,这同样是“一个伟大的研究领域”。

多元挑战

未来混合现实技术的挑战并不局限于显示技术,或者普通光学技术。McEldowney在演讲中表示,由于眼球运动的范围与瞳孔的形状多样性、不规则性以及其他设计人员需要考虑的因素,眼球追踪是一个令人棘手的问题。人工智能、人机交互、计算机视觉以及有效载荷及包装等方面的重大突破均需要应用于未来的混合现实技术。

McEldowney认为,所有技术应用上的努力均是有价值的。当消费级别的AR完全实现后,将允许用户“按照任何想法修改现实并加入虚拟世界”。他总结道,达到该目标的过程中会出现许多有趣的科学和工程上的挑战,“这些挑战或许会花费在座许多人几十年的时间才能够完成”。

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来源:https://www.osa-opn.org/home/newsroom/2017/september/from_vr_and_ar_to_mixed_reality%E2%80%9D/

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