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增强现实:重新发现世界

时间:2016-08-12 16:24:21来源:投石科技 作者:投石科技 点击:

 8月8日,上线短短一个月的手机游戏“口袋妖怪go”进账突破2亿美元。

 
和游戏玩家们的趋之若鹜相比,资本市场展示出的热情也毫不逊色:仅仅在发布后的两天内,制作这一游戏的任天堂公司就获得75亿美元市值回报。
 
循着手机地图指引,在现实世界中搜索,寻找随机冒出来的“小精灵”。玩家们通过自己手机的摄像头观察,找到附着于现实场景中的卡通形象。“小精灵”一出现,玩家就在手机上向它“扔神奇宝贝球”,一直到它投降为止……
 
引发玩家追捧的这款游戏,看上去“孩子气十足”。但真正让资本市场亢奋的并不是“卡通萌物”,而是其身后的技术内核。
 
增强现实(ar),这个多年来在虚拟现实(vr)风头下少人关注的“老技术”,随“口袋妖怪go”一夜爆发。
 
行业研究机构的数据显示,未来5年内,增强现实技术的市场规模将达到1200亿美元,远远超过虚拟现实的300亿美元。
 
百度、微软、谷歌等均在近日公布自己的增强现实产品或研发计划,以求抢得先机。在这些互联网巨头看来,增强现实很可能是下一个“改变世界”的项目:将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成并呈现,增强现实能带给人类的,不仅是见所未见的惊喜,还有重新发现世界的能力。
 
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超越现实:在亦真亦幻间化虚为实
 
“还记得‘钢铁侠’或是‘终结者’吗?他们看到一个人或物体时,相关数据就会自动以视觉或听觉形式呈现。许多科幻电影里出现的这类酷炫镜头,都属于增强现实。”从事这一领域研究的河北工业大学教师刘伟博士说,“增强现实就是将原本在现实世界一定时间空间范围内很难体验到的实体信息,比如视觉信息、声音、触觉等,通过计算机模拟仿真后再叠加,使虚拟物体和实际场景融合,借助特殊头盔和眼镜等外部设备,被人所感知,从而达到前所未有的体验。”
 
相较而言,大众对虚拟现实更为熟悉。近期,各类虚拟现实终端设备层出不穷,安装相应手机软件后,几元钱一个的纸板眼镜就能让人体验虚拟现实的沉浸式感受。相较虚拟现实,增强现实有哪些不同?
 
“虚拟现实的核心价值是沉浸感,把虚拟变得越来越真实,而增强现实的核心技术是将真实世界的信息和虚拟世界信息融合。”刘伟说,“简单而言,虚拟现实要做到趋近现实,增强现实则要实现超越现实。”
 
“实现理想的增强现实功能,技术上非常复杂。”刘伟介绍,快速三维建模是增强现实的核心技术之一。“增强现实有赖于利用三维扫描等技术获取实际环境的三维数据,并快速建立相应的虚拟环境模型。”
 
立体声合成和立体显示也是增强现实不可或缺的技术。“必须考虑声音方向与用户头部运动的相关性,实现实时立体声合成,并在复杂场景中实时生成立体图形。”刘伟说,唯有如此,才能让增强现实在亦真亦幻间,化虚为实。
 
“增强现实技术概念提出已有多年,之所以一直没有重磅产品面世,正是受制于其技术的复杂性。”在刘伟看来,用户体验良好的增强现实还应使用力反馈技术,帮助用户能够直接操控并感觉到虚拟物体的反作用力,从而产生身临其境的感觉。应用人机交互技术,实现三维人机交互,同时优化语音识别、语音合成技术。“信息同步、模型标定、数据转换、模式识别和合成技术等等都应被集成应用。”
 
正因如此,“口袋妖怪go”爆红之前,业界普遍认为,增强现实的成熟产品和市场要被开发出来还需多年积累。
 
但“口袋妖怪go”的问世,却让技术研究者们看到了增强现实应用的更多可能性。
 
一些研究者将“口袋妖怪go”使用的技术称为“简易增强现实”。它无需用户配备任何新设备,可以利用卫星定位系统来链接现实与虚拟世界,并且提供交互体验。
 
绕开复杂的外部设备,这款游戏让许多人仅仅通过手机屏幕就感受到了增强现实的乐趣和强大。
 
“游戏爆红最大的意义在于,触发了公众和资本市场对增强现实技术巨大的热情。”刘伟认为,“毫无疑问,这将大大推动增强现实技术的研发和应用步伐。”
 
技术井喷:软硬件推陈出新速度加快
 
“口袋妖怪go”证明,即使是移动设备提供的简易增强现实体验,在全世界都有广泛的受众。
 
但技术开发者们却绝不会止步于此。
 
医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制……在众多专业领域和高级应用中,增强现实具有比虚拟现实更加明显的优势。
 
高级别增强现实功能的实现,显然绝非“口袋妖怪go”的技术路线图可以提供。近期,众多世界顶尖的科技公司和研究机构都在这一技术领域加大投入。
 
2015年,微软发布hololens,这是一款能将计算机生成的全息图像叠加到用户周围世界中的头戴式增强现实设备。利用这一头盔,日本航空与微软合作开发出飞行员培训系统。
 
英特尔公司近日透露了名为remoteeyesight的增强现实智能眼镜开发计划,它不仅可以在现实世界背景下玩3d游戏,更可用于维修、医疗和教育等领域。
 
已获阿里巴巴等14亿美元投资,拥有600多名员工,但却从未公布任何产品的增强现实公司magicleap,一直被称为“最神秘高科技公司”。就在“口袋妖怪go”上线后不久,该公司ceo透露“产品将很快上市”。
 
慕尼黑工业大学近日则公布一款全新视觉系统,称可帮助飞行员在恶劣天气中安全飞行,减少空难发生。
 
群雄逐鹿。
 
这一次,中国军团没有缺席。
 
8月3日,百度发布针对智能手机开发的增强现实应用平台dusee(度视)。这一平台能利用现有智能手机硬件去“理解”真实世界的3d环境,使手机生成的图像与真实世界互动。利用百度大脑的计算能力,dusee可以在物体识别、三维环境感知、人机交互等方向建立优势。
 
“更好的增强现实需要通过更好的人工智能来实现。”百度首席科学家吴恩达说,“dusee是百度研究人工智能所得的自然延伸。它用到了复杂的计算机视觉和深度学习技术,以了解并增强某种场景。”dusee将支持包括互动广告、教育、制造业和室内设计等多领域应用,和“口袋妖怪go”相类似的是,它仅仅通过智能手机和软件就能实现,无需佩戴额外的头部显示装置。
 
8月4日,一个名为亮风台的增强现实云计算平台在我国正式上线。“云端服务器计算和存储能力,可以将识别数据扩大上千倍,同时精度进一步提升,对内容提供商而言,其应用场景得到了巨大的扩展。”有关专家认为,连接了云端的增强现实才能突破边界,有更广阔的应用空间。
 
“从目前市场来看,增强现实比较适合服务企业级用户,不仅有潜力创造出新的市场,还将颠覆当前的一些市场。比如针对女性用户的试妆、试衣app助推增强现实技术在消费级市场落地。”刘伟认为,增强现实技术还可应用到以下众多领域:电视转播、文化古迹展览、市政建设规划、视频游戏、视频娱乐、医疗保健、房地产、零售、教育等等。
 
3
 
挑战重重:诸多技术痛点待解
 
“戴上你的ar设备出门,增强现实内容会以你为轴心,搭建起身临其境的交互世界。走在路边,你看到了一个邮筒,用目光锁定后,这条街道的历史演化过程就会在你眼前真实地重现一遍。看一眼迎面开来的汽车,它的行进速度、车辆信息乃至价格都可以在车旁打出的全息影像中显示出来。仰面看向天空,就可以了解今天的空气质量,还可以将未来几天的天气情况尽收眼底。你也可以带着ar眼镜走进商场,基于大数据分析,适合你的商品信息将自动呈现。”刘伟说,不久的将来,ar设备将改写我们的生活和工作方式,最终,键盘、鼠标、显示器等传统的人机交互接口将被淘汰,视觉、听觉等最自然的交互方式将成为主流。
 
不过,ar要想重塑世界,仍要面临重重挑战。
 
“对于ar而言,还有许多技术难点。其中,注册(跟踪和定位)任务是最核心的问题。ar注册对精度的要求极为严格,由于ar应实时将虚拟信息和现实信息相融合,即便是轻微的注册失准都会造成组合视图难以容忍的失真。因此,移动ar存在两大难点:注册必须极为精准,注册对计算能力和内存的利用必须极为高效。”刘伟介绍,除此之外,ar信息的显示也面临着光学难题,目前各类显示媒介的视野范围在横向25度、纵向40度左右,而人眼的视野范围在横向190度、纵向120度左右,使用感受不好。当前,ar设备正逐步引入手势、语音识别、视线追踪、动作追踪及其他新功能,用于增强3d领域的信息互动,但用户在真实环境中的合成触觉输入技术仍然有待提高。
 
“ar要想改变世界,就必须从娱乐游戏真正转化为工作生活的可靠助手,而这对其技术成熟度将有极为苛刻的要求。”刘伟说,人们生活的环境非常复杂,光照变化、形状变化、纹理变化、背景变化,以及阴影、畸变、噪声等等这些生活中随处可见的庞杂声光信息,都需要ar设备实时处理分析并判断,“人眼习以为常的条件反射,对于机器识别来说都可能会是巨大挑战。”
 
事实上,对于三维环境动态的实时理解正是当前ar在技术研究方面最棘手的问题。其核心就是在信息技术众多领域都十分火热的“即时定位与地图构建”。“这一技术也正是无人驾驶汽车、无人机和机器人等领域的核心技术。”刘伟介绍,目前从总体来看,我国ar领域的研究处于初期阶段。在软件方面,ar手机应用创意性不足、内容容量有限,导致消费者黏性低。在硬件方面,智能手机在数据处理能力、分辨率等方面不能全面满足ar技术需求。我国大部分ar头戴式显示器功能与谷歌眼镜相似,自主创新能力不足。
 
“但‘口袋妖怪go’的火爆一时让我们看到了加速技术演进的可能。包括我国在内,众多国家的科技企业和研究人员都在加大研发力度。”刘伟说,相信这些技术瓶颈将在较短时间内实现突破。
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