自從Facebook以天價20億美元收購Oculus VR之后,“虛擬現實”話題紅透了半邊天。不過幾個月以來,話題內容都是圍繞著虛擬現實頭盔(或稱為頭戴式眼鏡)展開的。包括Oculus Rift,索尼的Morpheus,還包括需要借助手機顯示屏來傳遞虛擬現實體驗的Google Cardboard和三星的Gear VR 。一時之間,不少人覺得似乎擁有了一部頭盔式顯示器就可以擁抱虛擬現實了。然而,頭盔式顯示器并不能代表虛擬現實的全部。
無論在已經有著成熟應用的工業級市場,比如高端制造、軍隊、科研領域,還是新近爆發市場潛力的消費級市場,比如游戲,虛擬現實的實現都有賴于五個核心系統:顯示設備、交互設備、3D內容、軟件平臺和高性能的計算機系統。以Oculus為代表的風頭正勁的一眾頭戴式設備,只能算作虛擬現實的顯示設備。
顯示設備:營造高度逼真、自然的虛擬世界
從人類獲取信息的方式看,視覺是最主要的,它占到了人們獲取的信息量的70%。頭盔顯示器,通過頭戴的方法,把使用者的視覺封裝起來,創造一種身在虛擬環境中的錯覺,屬于一種3D可視化的顯示方式或顯示設備。除了游戲,頭盔顯示器還被應用于軍事、工業、教育等領域,但是它只能用作單人虛擬現實體驗環境營造。在項目評審、客戶營銷、教學科研等場合,它無法支持多用戶的實時交互和工作協同需求。
在航空航天、汽車、船舶、核電、石油、煤炭、軍工等高端裝備領域,虛擬現實的應用常常需要結合宏大的工作場景、精細的工作流程以及多人協同。因此,超大等比畫面、高分辨率、高清晰度和高亮度的虛擬現實顯示設備成為必須。結合了邊緣融合、大屏拼接和無縫拼接技術的大型虛擬現實沉浸式系統,為以上領域實現了高端的3D可視化效果和完美的虛擬現實體驗,使用者的視角范圍極限可以達到135度,實現了虛擬現實真正意義上的“沉浸式”。
曼恒數字IM沉浸式虛擬現實環境
交互設備:虛擬和現實之間的“媒介”
沉浸式環境雖好,但是如果只能“被動”觀看逼真的虛擬世界,不能參與其中進行“主動”的交互和操控,那就不算真正的虛擬現實。借助6自由度的位置追蹤設備、操縱手柄、數據手套和力反饋設備等外設,可以實現對虛擬物體的抓取、安裝、拆卸等交互操作。
比如下圖中配有位置追蹤點的仿真炮筒可以發射激光束,感應設備可以捕捉激光束的位置和方向信息,反應士兵射擊的準確率。
曼恒虛擬現實軍事半實物仿真應用
常用的交互設備還有操縱手柄和數據手套。操縱手柄可以感知手在前后、左右、俯仰、移動、轉動的操作,并傳遞到虛擬的物體上,形成虛擬操作。數據手套是在表面加裝了動作傳感器的交互設備,可以捕捉人的各種動作,并在虛擬世界中重現。
包含各種交互設備的G-Motion位置追蹤系統
3D內容:虛擬現實的靈魂
虛擬現實產生實際應用價值的最大挑戰并非來自于硬件,優質的內容資源及其可獲得性才是關鍵。Oculus Rift DK2的性能表現對于普通消費者來說已經足夠了,而它遲遲不發布消費者版本,也正是因為“它在等待好的游戲”。
專業3D內容的獲得有賴于專業虛擬現實軟件平臺的開發,一般專業內容制作團隊要先獲取真實的環境和物體數據,在軟件平臺中完成對環境和物體的三維建模以及互動邏輯,最后還原一個真實的世界。
比如下圖中的公共安全應急虛擬現實系統,大屏幕中顯示的大型公共基礎設施、樹木地形等環境和操作者都經過專業的三維建模,并設定了災害穩態和動態演進趨勢邏輯。
再比如口腔醫學虛擬實訓系統,口腔工藝設備、口腔解剖模型、支架模型以及工藝制作全流程模擬,都是根據真實的設備數據進行建模,再到虛擬世界中完成再現。
軟件平臺:虛擬現實的核心系統
3D內容絕不是僅僅通過3D建模就能完成的,3D建模生成了3D圖形圖像,更主要的是對模型數據進行系統的管理。虛擬現實軟件平臺或稱為虛擬現實引擎,相當于虛擬現實的操作系統,起到對3D模型數據、外圍設備進行控制、管理的作用。
比較主流的國外虛擬現實引擎有法國重量級的Virtools、擁有強大渲染器的荷蘭Act-3D公司研發的Quest3D,定位于游戲開發的后起之秀Unity3D。中國本土的大型引擎,有中視典公司的VRP,被大量動畫公司采用制作房地產漫游;還有定位于高端制造、軍工、教育科研等高端領域虛擬現實內容獲取、編輯和展示的曼恒數字的DVS3D。
DVS3D虛擬設計協同工作平臺
高性能計算機系統:虛擬現實的大本營
虛擬現實是實時渲染機制,需要不斷的刷新海量大數據。達到虛擬現實承載能力的計算機系統通常是圖形工作站,不同于臺式計算機,是針對了圖形圖像處理進行了優化的計算機系統,機內有多個高端CPU,外加專用的圖形圖像處理芯片,以及海量數據輸出輸入系統。
以Oculus為代表的頭盔顯示器,作為一種虛擬現實的顯示設備,沉浸感優于顯示器的虛擬現實效果,但遠遜于大型虛擬現實沉浸式系統的顯示效果,在大型虛擬現實沉浸式系統中,頭盔顯示器常作為輔助設備,對系統進行補充和輔助。
(新聞稿 2014-09-03)