以科技跨越真实与虚拟:浅谈VR、AR、MR

浏览量:932 2020-06-17 点赞:853

关注最近的科技议题,你可能会发现「VR」(虚拟实境)这个词彙的出现频率忽然变得很高,无论是 Oculus、Sony、HTC,或是三星、LG 等手机业者,都先后朝向 VR 领域前进,HTC 董事长王雪红甚至预言,2016 年将是 VR 的元年。另外,你也可能听过另一个很类似的词,叫做「AR」(扩增实境),甚至你还会看到所谓的「MR」(混合实境)。究竟 VR、AR、MR 这三者之间有什幺差异?以下将为各位进行简单的介绍。

以科技跨越真实与虚拟:浅谈VR、AR、MR

【VR:Virtual Reality 虚拟实境】

VR 是 Virtual Reality 的缩写,中文称做虚拟实境,即透过电脑创造出一个虚拟的 3D 空间,并以各种技术「欺骗」人类的感官让它们产生错觉,使用者将如身历其境般地进入一个完全人造的 3D 世界,并在里面做各式各样的事情。通常,要达到 VR 的效果,必须提供视觉、听觉、互动、以及其他感官的模拟元素,上述项目做得越好,虚拟环境越「以假乱真」,使用者也更容易「信以为真」。我们通常将这种「信以为真」的感觉称做「沉浸式体验」;越优秀的 VR 效果,其提供的「沉浸式体验」更佳。

以科技跨越真实与虚拟:浅谈VR、AR、MR
VR 是 Virtual Reality 的缩写,中文称做虚拟实境,即透过电脑创造出一个虚拟的 3D 空间,并以各种技术「欺骗」人类的感官让它们产生错觉,使用者将如身历其境般地进入一个完全人造的 3D 世界,并在里面做各式各样的事情。

眼见、听见不为凭:VR 虚拟实境的视觉与听觉体验

视觉方面多半是透过一个头戴式的 VR 显示器播放各种 3D 拟真场景,无论是 HTC Vive、Oculus Rift、PlayStation VR,甚至手机用的 SAMSUNG Gear VR 等,都是使用这类的解决方案。这些装置里面有两个画面分别对应左右眼,两个画面的内容相同但角度略有差异,来模拟人眼的视差,因此当使用者戴上 VR 显示器后,就可以获得逼真的立体感与空间感,搭配环绕感明确的音源与耳机,使用者无论看到的、听到的都是来自虚拟环境的感官刺激,自然就会感觉好像真的置身其中。

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VR 装置透过两个画面对于左右眼所造成的视差,让使用者得到立体感与空间感。图为手机播放 VR 素材时的状态。左右两边的图像几乎相同,但角度略有差异。

影响 VR 虚拟实境沉浸式体验的另一重点:互动性

视觉与听觉的模拟将用户带入了虚拟的世界,但如果无法在里面做点什幺事情,还不算是完整的 VR 体验。一个基本完善的 VR 体验除了看得到听得到,还必须有互动。VR 装置的互动类型,目前的主流大概有三种:「体感」、「控制器」、「动态侦测」。

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一个基本完善的 VR 体验除了看得到听得到,还必须有互动。图为 Oculus Rift。

「体感」主要是透过重力感测器或陀螺仪,判断使用者的各种动作,例如前面提到的头戴式 VR 显示器,搭配体感元件后就可以针对使用者的头部转动。「控制器」的类型就比较多元,目前主流是採用手持控制器,例如 HTC Vive、Oculus Rift、PlayStation VR 都属于此类型。手持控制器除了内建各种体感元件,来判断使用者的动作,通常也会有一些按键来进行辅助。手持式 VR 控制器的下一步,可能是手套控制器,可以反映更细腻的手部动作,更直觉精确地在虚拟世界中完成各种需求。


手套型的控制器是 VR 的下一步,可进一步提升用户的操作体验。

VR 显视器中的体感元件是为了模拟头部转动、手持控制器是为了模拟手部功能,「动态侦测」就是为了撷取包含姿势、移动等更大的动作,其可分为两大类型,第一种是在使用者身上穿戴各种感应器(例如 3D 动画电影常用的动态捕捉技术),第二种是透过外部的定位装置进行判断(例如 HTC Vive、微软 Kinect 等,均属此类),前者的装备相对複杂,穿戴比较麻烦,但动作判断相对準确,后者是外部装置,使用者不需要穿一堆东西,但侦测的範围有限,超出感应器的範围就没办法完成捕捉。

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目前主流的 VR 装置均採用手持式的控制器进行操作,同时模拟手部动作。图为 PlayStation VR。

增强 VR 的沉浸式体验:模拟其他感官

当 VR 导入以上的互动性设计后,使用者在 VR 环境下不仅可以看到拟真的画面、听到拟真的环绕音,视线会随着头部转动,可以用双手做很多事情,还可以在虚拟的空间中走动、闪躲。但除此之外,如果可以加上各种触觉、嗅觉的刺激,将会带来更强烈的「沉浸式体验」。例如在 VR 游戏中,试想玩家身处于一个战场,除了可以直觉地举枪瞄準、移动、躲避敌人视线,如果这时再闻到一点烟硝味,爆炸时感受到被弹飞的碎石击中,握拳击倒对手时可感受到某种冲击,那是不是更逼真呢?目前类似的体验在一些 4DX 电影院可以看到,但各种感官的刺激如何与体积较小的家用 VR 设备结合,还有待后续的技术突破。

VR 虚拟实境的应用

VR 虚拟实境在一些专业领域已经有一些实例,但面向一般商用市场的 VR 虚拟实境应用才正要起步,目前最大宗的依然是在游戏产业,主流的类型像是射击、竞速、解谜、飞行,未来无论角色扮演、模拟、格斗等也都可望陆续加入。除了游戏,VR 虚拟实境应用于商业也有许多想像空间,例如虚拟店面、虚拟办公室、虚拟导览等。


无忧我房展示以 VR 技术虚拟看房。

VR 虚拟实境也可以用于教育,提供更深刻活泼的学习体验。影视产业也很有可能陆续导入 VR 製作,目前已经有一些使用全角度拍摄的 MV 或节目出现。除此之外,VR 虚拟实境也可以用在军事、医疗、体育等产业,可以加强训练,降低不必要的风险。因此可以说,VR 虚拟实境的运用範围涵盖广泛,经过了很长一段的酝酿期,目前关键技术陆续到位,预期未来几年内这项技术将可能以飞快的速度进入我们的生活之中。


Surgical Theater 示範以 HTC Vive 的 VR 技术结合脑神经医疗。

与智慧型手机结合的 VR 虚拟实境应用

随着效能提高、萤幕加大与画质提升,让智慧型手机结合 VR 变得可行。近年来陆续有一些厂商推出类似的产品,方式不外乎就是把手机插入有两个观景窗的头戴式套件中,搭配特殊设计的素材(VR 游戏或 VR 影片),就可以获得全 3D 的沉浸式体验,像是 Google Cardboard、三星 Gear VR 都是具体的例子。不过,以智慧型手机呈现 VR 内容,除了受限于硬体效能,加上不同款式手机间的规格歧异度大,各种客观条件使得手机难以提供 PC 或游戏主机般的沉浸效果,互动方面也缺乏额外的控制器辅助,因此目前的手机 VR 体验依然以头部的体感互动为主,再搭配一些简单的触控操作。

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三星 Gear VR 是手机结合虚拟实境应用的主要例子。

【AR:Augmented Reality 扩增实境】

AR 是 Augmented Reality 的缩写,中文称为扩增实境。AR 与 VR 的名字虽然很像,但其呈现方式却有很大的差异。如果说 VR 的目标是让使用者完全脱离现实,进入虚拟的空间,AR 就是将现实的空间加入一些虚拟的物件,而使用者基本上还是存在于真实的世界。

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Sony Xperia 手机的「AR 效果」拍摄模式,就是扩增实境的实际运用。

AR 扩增实境的应用

AR 的应用其实很广泛,尤其是与智慧型手机的结合案例不胜枚举,像是一些手游(如 One Piece ARCarddass Formation)、玩具(如 Kazooloo Vortex),或是拍照 App(如 Sony Xperia 手机的「AR 效果」拍摄模式),都运用了 AR 的技术。AR 在游戏以外的应用常见于地图软体,将虚拟的行车指示,与手机相机取得的画面叠合,提供更直观的导航体验。

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地图或导航软体也很常用到 AR 技术,将地点的标示与真实画面做结合。图为 Nokia Live View。


一些手游也会运用 AR 扩增实境来进行。

【MR:Mixed Reality 混合实境】

MR 的全名为 Mixed Reality 混合实境,是介于 AR 与 VR 之间的一种综合状态。AR 扩增实境在本质上还是现实,只是加入了一些虚拟的元素;VR 虚拟实境的目标则是全面的虚拟。MR 综合实境的则是将虚拟的场景与现实进行更高程度的结合。具体的实例像是 Microsoft HoloLens,使用者可以透过半透明的显示器看到真实的世界,但画面中也会有许多人造的 3D 影像,创造一种似真似假、有真有假、亦真亦假使用体验。

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Microsoft HoloLens 是一款混合实境装置。


Microsoft HoloLens 的官方 demo 影片。

【总结 VR、AR 以及 MR】

总结来说,VR 虚拟实境将在 2016 年全面开跑,无论 HTC Vive、Oculus Rift、PlayStation VR 都预计在 2016 上半年发售,到时候除了各平台的功能与使用者体验,能否在第一波推出好的内容阵容,同时取得足够的通路资源、适当销售方式的与可令人接受的终端售价,将是 VR 能否成功打响第一砲的重要因素。至于 AR 与 MR 短期内发展可能不会像 VR 那幺快速,但等到技术进一步突破,或是有新的需求出现时,AR 与 MR 才能可会迎来下一波高速成长。

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