VR vs AR:谁代表着未来?

摘要:虚拟现实(VR)和增强现实(AR)是现在两项最热门的技术,它们有可能显著的改变我们所生活的世界。然而目前它们都比较繁琐、依赖其他产品而且需要昂贵的硬件支持,这限制了它们的发展,它们真正深入到消费者日常生活中还有很长的路要走。

VR和AR有很多相同的地方,在娱乐、游戏和通信等方面它们会引领我们走不同的道路。AR会在现实的场景叠加虚拟的画面,改变我们看待每天日常生活的方式,会给我们带来更多的信息。VR技术则让我们完全沉浸在全新的虚拟世界中,支持360度的视角,而你实际所处的房间内不会对你有任何的感官输入。

AR和VR的成功严重依赖于显卡的功能,如果显卡质量很差或者画面看起来不是很真实,人们则不会使用这种技术,因为它带来的用户体验让人不满意,因此高质量的显卡设备至关重要。

这篇文章的作者是Chris Longstaff,他是Imagination科技公司PowerVR部门的产品营销以及技术高级总监,接下来我们将讨论:
• VR和AR如何在近几年发展起来的
• VR和AR的体验有何不同
• 显卡和技术如SLAM在VR和AR取得成功过程中所起的作用
• VR和AR的未来将如何发展,谁将笑到最后

虚拟现实(VR)和增强现实(AR)是现在两项最热门的技术,它们有可能显著的改变我们所生活的世界。然而现在它们正在努力真正抓住消费者和商业的需求,无论这项技术由于繁琐、依赖性强、价格昂贵,还是因为视觉效果不够真实,目前人们对它的接受程度还是有限的。因此我们能够清楚的看到这些技术真正深入到我们的日常生活还有很长的路要探索。

所以我们要进行哪些改变才能带动VR和AR的发展,最后这两项技术都会取得成功吗?

为了我和这篇文章读者更好的理解,我带来了两种头戴设备——VR头戴设备,用户看到的场景都是虚拟的而且对于用户周围的环境没有任何的感知;AR头戴设备,既能够让用户直接感受周围真实世界的环境,而且能够叠加一些虚拟的画面元素。

图:VR和AR头戴设备
图:VR和AR头戴设备

另外一个方面,混合和合并现实可以看作是VR和AR下面的子类别(这取决于每个人的观点)。这类设备会在真实或者虚拟的画面上叠加元素;举个例子,虚拟画面中可能包含一个真实世界中存在的摄像机。在AR和VR(混合/合并)应用中会存在很多重叠的部分,但是也存在着相当大的差异。

现在VR的两款主要应用是游戏和浸入式(360°)视频回放,同时AR也涉及到游戏,它的主要关注点则在专业和教育应用案例上。

在未来几年内我们将会看到这两项技术发生巨大的变化,会影响我们的使用情况。举个例子,VR和AR都可以用来观看视频,VR带来的则是沉浸式的私人体验,AR则是将视频投射到墙上带来一种开放式的用户体验。

关于AR和VR的统计数据能够说明什么?

VR和AR技术正在迅速的发展壮大,但是采用率仍然很低。最新的特性和产品经常被媒体所引用,比如谷歌白板,将你的智能手机放到一个光学头戴设备里进行处理和显示,这种应用案例会推动整个生态系统的发展,但是对于硬件设计和专用SoC的改进意义并不显著。

如果我们只看专用VR头戴设备的数据,忽略那些基于智能手机的VR应用,在2017年第一季度这个市场的领导者索尼(Sony)共销售429000台设备,HTC的出货量达到190900台,脸书(Facebook)的Oculus出货量达到99300台,总共加起来一共达到719000台的出货量。这一数字仅占同期智能手机出货量的0.1%左右,仅相当于美国(US)智能电视出货量的1%左右(VR头戴设备的出货数据统计的是全球范围的)。如论如何虚拟现实头戴设备的出货量都是相当少的。

也许你会好奇为什么我没有提及AR头戴设备(你应该好奇的!),根据ABI机构的调查研究,2016年AR头戴设备的出货量仅为75000台,仅占智能手机出货量的0.005%。

们应该清楚AR和VR是新生的技术,我们需要让技术进步跟得上我们的想象力。我在网上看到一条比较好的类比是来自DPReview网站的作者Dale Baskin,对VR技术的解读也非常有意思。他把现阶段的VR头戴设备比作Osborne 1代便携式电脑,显然从硬件的角度来看我们还有多种实现方式,从外形和功能方面来看VR头戴设备具有一定的优势,至少AR头戴设备的外观还是相当光滑的,比如近期发布的谷歌眼镜企业版。但是这些设备的性能和电池使用时间还是非常有限的。

图:谷歌眼镜企业版
图:谷歌眼镜企业版

预测AR和VR的未来

作为一家IP核提供商,Imagination科技的PowerVR业务部门的工作内容是开发三年到五年之后消费者可能用到的产品,这意味着我们需要对现在仍不成熟的市场做出一定的需求预测,一直以来,我们都在关注未来几年内VR和AR方面会有哪些需求。

从VR和AR头戴显示器(HMD)来看这很容易进行划分——一种会具有独立的计算处理单元板卡,完成大部分的数据处理,即独立一体式设备,另一种则没有计算处理板卡,需要借助线缆或者无线连接到数据处理单元。因为通过有线连接的解决方案移动性方面体验感太差,因此我们期望未来的主流解决方案采用的都是无线连接(当然这需要克服延迟和传输带宽问题)或者独立一体式设备。

先以VR为例,我们怎样做才能使这个行业进步?VR技术的发展相对缓慢当然有多方面的原因,但是我们应该首先将用户体验放在第一位,如果用户体验很棒,接下来就是成本和市场需求问题,此外还有产品外观设计,当然这些都很容易克服。但是现在头戴设备用户体验方面的主要问题是分辨率太低、帧刷新率不充分、颜色深度不够、动作延迟大(任何动作更新的时间)以及外形设计。还有上文提到的连接问题,我期望我们将会过渡到无线连接的解决方案,当然功耗是要解决的关键问题。

无论是一体式还是分离式的头戴设备,我们都需要看到在显示分辨率方面的改进,目前头戴设备的领导厂商提供每个眼睛1K x 1K的分辨率,视角大约在110°的范围内,三星会在下一代GearVR设备中提升每只眼睛的分辨率超过2K x 2K,这会在显示质量上有很大的提升,行业内达成的共识是每只眼睛的分辨率可以达到4K,120Hz的刷新率,这会给用户体验带来更大的满意度,当然我们看到一些公司致力于实现更高的分辨率。

这就包括Varjo科技公司,他们声称正在研究70MP分辨率的头戴设备!从下面的图片我们能够清晰的感受到区别所在,尽管这是一个开发中的产品并没有上市,我们需要耐心等待真正的产品面市。虽然70MP听提来可能是一个高得离谱的分辨率,实际上它只是相当于每只眼睛8K的分辨率,所以在现实中也并不难相信。微处理器和半导体专家David Kanter发表了一个白皮书,他提出了“视网膜”般的VR用户体验,每只眼睛的分辨率应该达到100Mpixels,为什么是这个数值他也在白皮书里面进行了说明,而且引入了新的名词即每度的像素数(PPD)而不是传统每英寸的像素数(PPI)。对于这些超高分辨率的需求,我们可能会转变渲染解决方案,PowerVR光线追踪GPU是解决这类需求的理想选择。

图:70MP头戴设备的分辨率
图:70MP头戴设备的分辨率

分辨率要求的不断增加这对于GPU供应商Imagination公司意味着什么呢?这意味着我们(以及其它GPU供应商)需要在近期内研发出支持70MP分辨率/120fps刷新率的图形卡。下一阶段的预期目标是实现每只眼睛4K分辨率,120Hz的刷新率,相比现在的解决方案,在像素吞吐量方面相当于增长25倍(70MP的分辨率相当于增长115倍)。

这些高填充率在今天是可以实现的,这就像创建一些新内容所需要做的处理一样。最主要的问题是功耗,为了实现要求的性能水平,专用的GPU是必须的,从一开始就应该是为了满足这些需求而设计的。桌面系统能够提供这样的性能,但是仍然需要大量功耗和冷却措施,现在对于一个独立的系统,想要在功耗受限的板卡上实现这么高水平的性能唯一可以选择的资源就是基于GPU的PowerVR Furian系列产品,PowerVR Furian 8XT系列能够在高分辨率和帧率的情况下提供持续的高性能,如果一个SoC供应商想结合8XT GPU搭建一个专用的AR/VR头戴设备SoC器件,他们也需要实现性能的显著提升,现在我们使用的移动手机(或者平板电脑)的处理器性能是远远不够的。

理想情况下专用的VR SoC会更可靠一些,为了优化功效,我们可以选用PowerVR 光线追踪GPU来执行一些特定要求的任务比如镜头校正、异步时间提取和“眼球”追踪效果渲染等。这些技术移植到PowerVR光线追踪GPU上来执行,相比传统的光栅渲染技术它能够提供更高的性能/功耗比。当然光线追踪单元能够生成更高质量的图形。由于它还能够生成光阴影、实时的环境遮挡模型和真实折射效果等,光线追踪可以带来一种视觉上的保真度,而传统基于栅格的图形卡是不可能做到的。光线追踪的效率也使我们能够保持更高的光栅图形保真度,否则我们会遇到各种问题,只有降低某些特性需求才能达到所需的延迟要求。

现在来谈谈AR,我们不妨从图像质量的角度进行论证,我们将虚拟图像叠加到真实世界场景中,而不是完全由计算机生成场景,这些图像可能更基础。当然我们也可以思考一下如何将图形叠加到真实场景中,我们需要叠加后的效果看起来很逼真,否则很容易被发现是假的。现在有很多应用案例,而且已经明显超过Pokémon Go的效果了,比如最近的超级马里奥AR游戏,它是由Abhishek Singh开发的,并且在微软全息计算机设备HoloLen上运行。

超级马里奥增强现实(AR)版游戏画面
图:超级马里奥增强现实(AR)版游戏画面

如果我们想对这些AR体验场景进行扩展,使它看起来更像是实际的对象,那么我们需要某种形式的SLAM(场景本地化和映射)技术来告诉我们物体在真实世界场景中的位置。目前我们实现了场景映射,并且能够分辨其中的物体,通常采用机器学习技术(AI/CNN),我们还需要清楚场景中的各种光照情况才能够精确的测量阴影和准确的进行场景渲染。令人惊奇的是人类大脑在获取微小的看似无关紧要的细节时是多么的娴熟,通过这些细节我们能够辨别哪些东西是假的。通过Imagination公司提出的解决方案,我们能够使用GPU来为上述算法提供额外的计算能力,并且为高效和高性能的解决方案提供专用的硬件平台。

谁是最后的赢家呢?

AR和VR这个行业还有很长的一段路要探索,我们的目标是为用户提供真正具有吸引力的解决方案。我们具有传统的平台和技术,但是目前的低产量限制了公司做出投资的意愿,毫无疑问会有公司在专用的SoC开发方面进行一定的投入,否则AR和VR技术永远不会表现出它们真正的潜力。

我相信当VR头戴设备能够带来真实的“阿凡达”式的体验时,用户可能真的会相信他们在另一个现实世界中,然后头戴式放影设备(HMD)才会受到人们的欢迎。我们可以将其应用到各个方面,比如旅行社向潜在客户展示旅游景点,或者作为一种放松工具,对于房产中介甚至可以用来展示房子的实际情况,此外还可以用于教育、游戏领域等。

AR将更多的关注B2B行业的应用,比如仓库人员识别项目,飞机工程师在发动机上安装复杂的电路来解释服务程序,外科医生可以识别潜在的癌细胞等等,然而如果想得到广泛的应用,还需在要智能、外观设计和电池使用寿命方面进行优化提升。

因此AR与VR不是“或”的关系,而是“与”的关系,每种技术都有最适合它的应用场景,随着行业和技术的发展,这两项技术都将加速向前发展。

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