虚拟现实热

围绕着“下一代计算平台”，国内外兴起一股虚拟现实热，从主机、外设、应用到内容等方方面面，国内外创业者正在打造日益完整的虚拟现实生态链。领先者包括Facebook（Oculus）、微软（HoloLens）、Google（MagicLeap）以及三星（GearVR）、索尼（ProjectMorpheus）、HTC（Vive）等。引领个人计算设备的苹果还没有透露出什么动作，这并不意味着苹果不想或不会有所作为。无论是个人电脑还是智能手机，苹果都不是第一个进入的，但却是做出最成功产品的。目前虚拟现实产业还是处于成长期，擅长拷贝与商业模式创新的中国面对强调技术流的虚拟现实，仍然比较边缘化。其实，从计算机诞生之日起，大型机、微机、个人电脑、智能手机等一代代计算平台的演化基本上是美国公司的事。但近年来中国的科技产业发展异常迅猛，创新热潮涌动，在最有潜力成为下一代计算平台的虚拟现实领域，中国能否有所作为？虚拟现实与增强现实虚拟现实（VirtualReality,VR）是一种综合利用计算机图形系统和现实中各种接口设备，在计算机上生成可交互的沉浸式环境的技术。虚拟现实技术具有三种特征，分别是沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination）：沉浸性：又称临场感，是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度，是VR技术最重要的特征。影响沉浸感的主要因素包括多感知性、自主性、三维图像中的深度信息、画面的视野、实现跟踪的时间或空间响应及交互设备的约束程度等。人将从过去只能在计算机系统的外部观测处理结果，到沉浸到计算机系统所创建的环境中。交互性:指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度。人将从过去只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息交互，升级为用多种传感器（眼球识别、语音、手势乃至脑电波）与多维信息的环境交互。想象性：指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为，通过逻辑判断、推理和联想等思维过程，随着系统的运行状态变化而对其未来进展进行想象的能力。对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力，可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。人将不只从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识，而是能够实现概念深化和新意萌发。广义上的虚拟现实按照与真实世界的联系可以分为虚拟现实和增强现实两种。增强现实（AugmentedReality，AR）指的是在现实的基础上，通过计算机将虚拟的数据叠加在现实环境当中，利用同一个画面进行显示而带来的一种全新交互模式，而这些虚拟数据信息就是用来增强用户对现实环境存在元素的直观理解。AR与VR最大的区别在于与现实世界的联系，AR技术是在现实世界的基础上叠加部分可交互虚拟影像，而VR则是完全创造出一个与现实世界无关的三维环境以使用户获得沉浸感觉。应用前景广阔由于AR将虚拟事物带入现实世界，而VR则是隔离现实世界并带领用户进入虚拟世界，这一差异使得AR应用范围远超VR所适用的室内游戏或影视等。根据Digi-Capital的预测，到2020年，AR/VR市场收入达到1500亿美元，其中AR市场份额占比80%，达到1200亿美元，其中硬件业务占比最高；VR市场收入为300亿美元，其中游戏业务占比超过硬件。虚拟现实的应用前景十分广阔，除了视频、游戏等个人娱乐，还包括：营销展示：在传统营销展示模式下，展示商品多以静态摆放为主，用户与展示商品之间不存在交互行为，用户难以全面理解所展示商品的各种特性，因而无法获得最优化的购物体验。虚拟现实情形下，用户通过自主性、交互性和沉浸感实现对展示商品的全面理解。教育培训：虚拟现实技术最大的特征便是身临其境的逼真度和随时随意的交互性。因此虚拟现实教学是实践性、创造性很强的教学活动，教学方式十分灵活，可以应用在飞行训练、军事训练、医学教学等实践性强的领域。设计与创意：虚拟现实不仅仅是演示媒体，而且还是设计工具。它以视觉形式反映设计者的思想，比如装修房屋之前，你首先要做的事是对房屋的结构、外形做细致的构思，为了使之定量化，你还需设计许多图纸，虚拟现实可以把这种构思变成看得见的虚拟物体和环境，使传统的设计模式提升到数字化的即看即所得的境界，大大提高设计和规划的质量与效率。技术走向成熟虚拟现实技术最早起源于上世纪60年代，第一套可应用的虚拟现实设备Sensorama通过三面显示屏来形成空间感，从而实现虚拟现实体验，随后头戴式的Sutherland显示器出现，只是碍于技术的限制，体积十分沉重，需要在天花板上设计专门的支撑杆，限制了其应用范围。上世纪60年代尚无现代计算机图形学出现，同时计算机的运算能力极为有限，虚拟现实的技术处于十分原始的阶段。进入上世纪80年代后，一系列计算机技术的进步使得虚拟现实的体验大幅提升，主要包括（1）立体显示使得近距离下视场的广度得到保证，使得VR眼镜成为可能；（2）虚拟画面生成技术进步，显卡每秒可渲染的三角形达到四位数，为复杂图像的展示打下基础；（3）头部位置跟踪设备开发成功，大幅提升了前期以连杆为基础的跟踪装置，为沉浸性提供保证；（4）虚拟环境互动技术产生，带有关节的动作传感器的手套出现增加了手势动作这一重要的VR信息输入维度。计算机软硬件技术的不断进步提升了VR设备的可操作性和体验性，1980年美国游戏公司雅达利（ATARI）组建了虚拟现实实验室用以开发相关硬件；1987年全球首款商用化的VR头盔产品诞生，成为这一阶段的标志，随后任天堂、索尼等公司均推出了VR游戏机，形成一轮VR商业化热潮。但因计算机处理能力仍显不足，此次商业化热潮并未能够一直持续，虚拟现实设备主要应用在一些政府和专业机构，比如航空航天局的飞行模拟装置等；大众化的虚拟现实设备大多只能面对虚拟现实专业开发者和少数爱好者。2010年以来，相比于上世纪80～90年代，显示器分辨率提升、显卡渲染效果和3D实时建模能力等技术的快速提升带来了VR设备的轻量化、便捷化和精细化，从而大幅提升了VR设备的体验。2014年Facebook以20亿美元收购Oculus为代表，微软、谷歌、三星、索尼、HTC等均宣布了VR设备计划。大规模商用仍面临障碍随着VR设备的逐渐成熟，其产品进入大众消费市场的条件已基本具备，2016年初Facebook旗下的Oculus、索尼和HTC三家公司均将推出代表性的大众版本VR头盔产品。另一方面，设备硬件的放量增长有望带动影视、游戏等VR应用产品的爆发，从而带来用户增量和提升用户粘性，提升VR产品需求的同时创造了广阔的虚拟内容产业发展空间。根据Digi-Capital的报告，AR/VR设备将于2016年前后开始从早期的实验室、小规模使用或2B业务转向大众消费市场，为达到这一转变的要求，AR/VR设备应当达到高性能、强续航、优质视觉效果、沉浸感、实用性、灵活性、可穿戴和足够便宜等七项技术基准。现行VR设备在一些关键指标上尚未达到技术标准，未来如何突破这些技术障碍将成为VR硬件能否走向大众化的关键因素。交互性：现有VR设备基本上涵盖了所有信息输入方式，包括触觉、动作（手势和体位等）、语言等，未来的发展方向在于提升现有交互设备的精准度，降低其错误率，同时开发新的信号识别和输入模式，有望实现对眼神甚至脑电波的识别和应用。续航能力：现阶段VR产品主要为电脑连接式头戴VR设备和手机盒子类移动VR产品。内置完整的计算存储通信交互模块，可以完全独立使用的VR产品尚不多见。而前两种产品中，第一种因与电脑连接，基本不存在续航能力的问题；第二种产品的续航能力在很大程度上决定于手机的电池容量。根据Digi-Capital发布的技术规范，未来移动VR产品的续航能力应当在6个小时以上。此外在衡量产品续航能力的同时应当考虑到设备工作时的发热所带来的性能降低和体验降低问题。视觉效果：主要应当考虑画面精细度、视角、帧速率和延迟时间等四个方面的因素。VR内容画面的精细程度直接关系到其沉浸效果，其决定因素则是硬件的图形渲染能力和屏幕分辨率。对于前者，设备GPU硬件的性能提升将大幅改善画面渲染能力；对于后者，屏幕分辨率的提升依赖于更高清显示屏的开发。现阶段VR硬件最高可做到2K分辨率，即屏幕横向像素达到2000以上，未来技术成熟之后或可达到8K屏幕，彻底解决虚拟现实画面的像素颗粒化问题。对于视角宽度问题，现有VR产品视角宽度最大可以有120度，而最佳的沉浸感所需视角宽度则为不低于136度。帧速率和延迟时间则主要用于减少用户的眩晕感，其中已经面世的硬件最短画面迟时间已经达到技术标准（不高于20毫秒），在帧速率方面尚略有欠缺（技术标准为不低于120帧/秒，实际最高可达到100帧/秒）。价格：大众化的VR产品的定价应当在普通消费者的可接受区间范围，根据Digi-Capital发布的技术规范，高端VR设备应当在1500美元以下，中低端在700美元左右。随着大众版VR设备逐步投入量产化，其规模效应有望得以显现，带来硬件价格的进一步下降。