VR/AR:部分创新走在前沿

 中国电子报、电子信息产业网  作者:林美炳
发布时间:2017-09-25
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  经历过PC时代的不知不觉、移动互联网时代的后知后觉之后,我国对VR/AR的未来有更加清醒的认识。

  近三五年间,当全球科技巨头涌入VR/AR领域时,我国政府、科研机构、企业、创业者等都积极采取行动,试图抓住这波难得的历史机遇,所以我国VR/AR在显示终端设计、交互技术、应用上并不落后,甚至有些还引领全球潮流。

  显示终端:创业公司十分活跃

  现在VR/AR技术应用并不是十分成熟,全球科技巨头都在前期布局和探索阶段,国内BAT也停留在前瞻性布局阶段。阿里巴巴投资了不少AR产业链公司,包括波导式光学方案公司Lumus、增强现实公司Magic Leap等。百度发布AR开发平台DuMix,提供开发AR产品的SDK和编辑器,腾讯公布VR SDK及开发者支持计划,开放QAR平台,允许开发者将APP接入腾讯AR模块。

  与BAT不同,国内创业公司在VR/AR显示终端领域十分活跃,从部分参数和轻薄设计上看,有些已经走在世界前列。在2016 ChinaJoy上,Hypereal展示的VR头盔Pano,采用2K分辨率的OLED显示屏,拥有110°视场角、90Hz刷新率以及11ms的延迟率,在部分参数上已经超越了Oculus Rift、PS VR。

  同样,我国AR眼镜产品在某些参数上也不输于微软的HoloLens。其中,耐德佳AR眼镜NED+X1视场角(FOV)超过40度,比Hololens视场角提升20%以上;其光学分辨率高达1920×1080,是国际上首款全高清AR智能眼镜。影创一款兼具AR/VR的头盔Halo,70度视场角,整体时延控制在13ms内。

  从轻薄设计上看,我国VR/AR眼镜已经处于世界领先。多哚V1智能眼镜仅重88g,厚度16mm,搭载2K高清解析,实现105度的视角场。悉见科技SeengeneX1的重量为166g,比HoloLens轻410g。

  而且我国虚拟现实眼镜已经应用于航空航天领域。中国航天员科研训练中心与北京理工大学等研制的虚拟现实眼镜,成功应用于33天“太空之旅”中的航天员心理舒缓。

  此外,虚拟现实产业联盟(IVRA)发布了《虚拟现实头戴式显示设备通用规范》,这是我国虚拟现实领域首个自主制定的标准,将对规范市场、引导行业良性发展起到重要支撑作用。

  交互技术:技术和理念走在前沿

  在交互技术上,我国企业已经走在世界前列。传送科技的TPCAST是全球第一个无线VR显示商业产品。该设备解决了HTC Vive一直以来被线缆束缚的问题,可以支持2K@90Hz高清内容,传输速度可以达到3.5GB/s,最低延迟可以达到15ms。

  七鑫易维是国内首家拥有自主知识产权的眼球追踪和眼动控制技术的科技公司,去年发布了全球首款VR眼球追踪模组aGlass。其追踪范围是垂直30°和水平50°,追踪速度最高可达380Hz,追踪精度小于0.5°,延迟低于5ms。英伟达全球副总裁兼中国区总经理张建中认为,七鑫易维眼球追踪技术超过全球其他科技公司。

  Hypereal自主研发的激光定位方案,可以让使用者在一个30平方米的范围内,准确定位到头部和双手控制器的位置(毫米级精度)。

  还有Ximmerse和诺亦藤等。前者旗下有VR输入控制设备MACE、VR万向移动平台Teleport,以及光学手势跟踪设备和触觉反馈设备。后者开发了具有国际领先水平的“基于MEMS惯性传感器的动作捕捉技术”,并在此基础上形成了一系列具有完全自主知识产权的低成本高精度动作捕捉产品。

  此外,我国交互技术理论的突破也值得关注。中山大学人机互联实验室提出ER(Expanded Reality)即“扩展现实”的概念,为业界首创。VR与物联网样本整合,不但能体验,还能实时操作物理过程。采用第一现场与第二现场之间的主从机器人操控系统,代表未来VR与IoT中的设备联接技术迭代的第一阶段,原则上证明,在网络化VR中生活的人们无需脱离沉浸式虚拟环境就可以完成实质性生产任务。

  光场技术:输入、输出端有望打通

  在光场技术方面,叠境数字科技(上海)有限公司不仅首创动静结合光场拍摄系统,还实现高精度光场三维器件建模。其中动静结合的光场采集系统包括80个动态PointGray相机和80个静态Canon单反相机,可以同时从360度方向采集同一个物体表面反射光线。动态相机分辨率不低于2K,主要用于动态形变物体的实时建模;静态相机分辨率不低于2K,主要用于实现高质量表面反射特性采集;单帧拍摄累计采集并处理光线数量达到十亿级。

  运用叠境独创的光场反向追迹算法,可以将实时的动态几何信息与高质量的静态光线信息融合在一起,从而对动态的非刚体模型也能高质量重建。

  目前国际上类似的技术只能在高质量和高帧率之间做出选择,而叠境的动静态光场采集系统打破了这一限制,实现了我国在VR光场技术上的独立创新和突破。

  而叠境数字的光场三维器件建模重建精度达到亚毫米级,同时还实现了从光场采集到光场模型渲染的端到端系统,减少人工干预程度70%。同时叠境还大力开发了光场压缩技术,实现了当压缩比达到500∶1时,压缩质量PSNR仍保持30dB以上,且编解码速率达到30fps,降低了带宽要求,在手机端可以流畅体验光场VR,实现了真正意义上的“移动VR”。

  同样,清华大学在光场技术上也进行了多年的探索,研制出大型光场相机系统,由60个相机阵列和800多个LED灯组成,可以根据光照的变化来提升VR内容的精度,既保留高频信息,又获取到低频信息,该系统在杭州等地得到实际应用。大型光场相机造价高、难度大,目前主要应用于专业领域。

  但VR产业的发展更多地寄托于消费级市场,平民化的采集设备和便捷的内容生成方法已成为更迫切的需求。清华大学戴琼海教授透露,他们团队已经利用微软的硬件解决方案做出一款千元级的光场相机,与大型光场系统不同的是,它的精度较低,但能够对动态和静态物体进行实时三维重建,2018年年底就能够市场化。

  行业应用:VR/AR+医疗、建筑取得新突破

  在重点应用领域,我国高校和科研机构成功地将VR技术应用到军事、医疗、建筑等领域,有的已经达到世界先进水平。北京大学VSV视景仿真系统是国内唯一全部代码自主编写的视景系统,基本达到了世界一流水平。

  VSV视景仿真系统由地景数据组织与分发调度服务系统、三维场景动态组织与绘制管理系统、场景绘制引擎、物理仿真引擎和三维视景仿真生成系统等功能模块组成。其绘制引擎支持每帧数万量级的灯光实时绘制,并能真实模拟全球动态海洋、大气散射、光照变化、风雨雪雾等特效。系统绘制帧率可达60FPS以上,能完全满足飞行模拟视景仿真系统的实时动态交互需求。

  北京航空航天大学研发出可支持个性化的经皮冠状动脉成形术(PCI)模拟器。该PCI手术模拟器对心血管结构和心脏等主要器官的建模精细度达到100万面片以上,物理计算单元达到10万个以上,视觉仿真频率达到30帧/秒,力反馈相对误差为5%,虚拟碰撞力的计算效率达到1000Hz。

  据介绍,该PCI手术模拟器的功能和性能指标达到了国外同类商业化产品的先进水平,具有计算效率高、精度高、鲁棒性好等特点,能够将个性化手术预演与模拟训练紧密结合,可为医生提供更多的训练案例,最大程度地降低临床手术风险。

  台湾勤益科技大学与秀传医院合作形成的研发团队发表成果称,其研发出的“MR+VR智能医疗眼镜”,在MR混合虚拟现实眼镜的基础上,结合VR虚拟现实和data gloves数据手套等技术,可让远程端的医生实时指导灾难现场人员对伤患做手术或实施急救。目前已完成两例临床实测,接下来将逐步进入应用测试和量产阶段。

  同济大学软件学院图形图像研究中心开发出一个基于轻量级BIM(Building Information Modeling)的智慧建筑(Smart_Web3D_BIM)可视化服务平台。该平台突破了轻量级Web3D-BIM关键技术(轻量化预处理、细粒度化预处理、渐进式传输、增量式网页级渲染处理等),成功地将大规模BIM场景放置在移动互联网上,用户无需下载安装任何插件,仅仅点击网页即可轻松在线浏览(甚至包括那些在单机上用Revit等也很难打开和浏览的)大规模BIM场景。

  该技术使得智能城市的规划、设计、施工、审核、养护、竣工、运营等透过轻量级BIM可视化技术在移动互联网有机地“整合”起来了,实现了“Internet+”、“VR+”和“BIM+”的集成,其应用前景无限光明。

  地方:争先恐后打造“VR之都”

  近两三年,涌现了一批VR孵化器,特别是去年,福建福州、江西南昌、青岛崂山、湖南长沙、浙江嘉兴等地高调宣布成立VR产业基地,要打造“VR之都”。

  南昌市出台了《关于加快推进南昌市虚拟现实VR产业基地建设的优惠政策》。

  福州市政府对外发布《关于促进VR产业加快发展的十条措施》。

  除了福州、南昌、崂山区之外,北京中关村、黄果树、成都、合肥、安溪、安顺市西秀区等地政府不是已经成立VR产业基地,就是正在筹建当中,这种势头正向全国更广阔地区蔓延。

  它们不止停留在口号,还建立各种VR产业基金。崂山区将成立首期50亿元规模的VR产业引导基金。南昌建立了10亿元的天使创投基金以及100亿元的产业基金。长沙成立VR产业基金,首期基金规模30亿元。福建的东湖VR小镇成立首期规模30亿元的VR及创新产业母基金。

  北斗湾VR/AR小镇所在的贵安公布了十条政策来扶持VR产业的发展。浙江嘉兴出台虚拟显示与可视化产业专项政策“十条”,从统筹协调、行政简化、信息直通、资金扶持、人才引进、产业引导等方面,为VR/AR产业发展提供政策保障。

 


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:林美炳
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