VR分类/VR头显3巨头的比拼/未来的趋势HoloLens

发表于2016-11-18
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VR虚拟现实目前有着4种分类:桌面虚拟现实、沉浸式虚拟现实、增强现实性的虚拟现实、分布式虚拟现实:

桌面式VR系统:

桌面式VR系统一般要求参与者使用空间位置跟踪定位设备和其他输入设备,如数据手套和6 个自由度的三维空间鼠标,使用户虽然坐在监视器前,却可以通过计算机屏幕观察360°范围内的虚拟世界。在桌面式VR系统中,计算机的屏幕是用户观察虚拟世界的一个窗口,在一些VR工具软件的帮助下,参与者可以在仿真过程中进行各种设计。使用的硬件设备主要是立体眼镜和一些交互设备(如数据手套、空间位置跟踪定位设备等)。立体眼镜用来观看计算机屏幕中虚拟三维场景的立体效果,它所带来的立体视觉能使用户产生一定程度的沉浸感。有时为了增强桌面式VR系统的效果,在桌面式VR系统中还可以加入专业的投影设备,以达到增大屏幕观看范围的目的。

桌面式VR系统具有以下主要特点:对硬件要求极低,有时只需要计算机或是增加数据手套、空间位置跟踪定位设备等。缺少完全沉浸感,参与者不完全沉浸,因为即使戴上立体眼镜,仍然会受到周围现实世界的干扰。应用比较普遍,因为它的成本相对较低,而且它也具备了沉浸式VR系统的一些技术要求。作为开发者和应用者来说,从成本等角度考虑,采用桌面式VR技术往往被认为是从事VR研究工作的必经阶段。

常见的桌面式VR系统工具有: 全景技术软件QuickTime VR 、虚拟现实建模语言VRML、网络三维互动Cult3D、Java3D 等,主要用于CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、建筑设计、桌面游戏等领域。

沉浸式VR系统的特点:

高度的沉浸感。沉浸式VR系统采用多种输入与输出设备来营造一个虚拟的世界,并使用户沉浸于其中,同时还可以使用户与真实世界完全隔离,不受外面真实世界的影响。高度实时性。在虚拟世界中要达到与真实世界相同的感觉,如当人运动时,空间位置跟踪定位设备需及时检测到,并且经过计算机运算,输出相应的场景变化,并且这个变化必需是及时的,延迟时间要很小。

沉浸式VR系统的分类常见的沉浸式VR系统有:基于头盔式显示器的VR系统、遥在系统。基于头盔式显示器或投影式VR系统是采用头盔式显示器或投影式显示系统来实现完全投入。它把现实世界与之隔离,使参与者从听觉到视觉都能投入到虚拟环境中去。遥在系统是一种远程控制形式,常用于VR系统与机器人技术相结合的系统。在网络中,当在某处的操作人员操作一个VR系统时,其结果却在很远的另一个地方发生,这种系统需要一个立体显示器和两台摄像机以生成三维图像,这种环境使得操作人员有一种深度沉浸的感觉,因而在观看虚拟世界时更清晰。有时候操作人员可以戴一个头盔式显示器,它与远程网络平台上的摄像机相连接,输入设备中的空间位置跟踪定位设备可以控制摄像机的方向、运动,甚至可以控制自动操纵臂或机械手,自动操纵臂可以将远程状态反馈给操作员,使得他可以精确地定位和操纵该自动操纵臂。

增强式VR系统:

增强式VR系统有以下3个特点:真实世界和虚拟世界融为一体;具有实时人机交互功能;真实世界和虚拟世界是在三维空间中整合的。增强式VR系统可以在真实的环境中增加虚拟物体,如在室内设计中,可以在门、窗上增加装饰材料,改变各种式样、颜色等来审视最后的效果,以达到增强现实的目的。

常见的增强式VR系统有:基于台式图形显示器的系统、基于单眼显示器的系统(一个眼睛看到显示屏上的虚拟世界,另一只眼睛看到的是真实世界)、基于透视式头盔式显示器的系统。目前,增强式VR系统常用于医学可视化、军用飞机导航、设备维护与修理、娱乐、文物古迹的复原等领域。典型的实例是医生做手术时,可戴上透视式头盔式显示器,这样既可看到做手术现场的真实情况,也可以看到手术中所需的各种资料。

分布式VR系统:

分布式VR系统的特点各用户具有共享的虚拟工作空间;伪实体的行为真实感;支持实时交互,共享时钟;多个用户可用各自不同的方式相互通信;资源信息共享以及允许用户自然操纵虚拟世界中的对象。

分布式VR系统的分类根据分布式VR系统中所运行的共享应用系统的个数,可以把它分为集中式结构和复制式结构2种。

集中式结构集中式结构是指在中心服务器上运行一个共享应用系统,该系统可以是会议代理或对话管理进程,中心服务器对多个参加者的输入和输出操作进行管理,允许多个参加者信息共享。集中式结构的优点是结构简单,同时,由于同步操作只在中心服务器上完成,因而比较容易实现。缺点是:由于输入和输出都要对其他所有的工作站广播,因此,对网络通信带宽有较高的要求;所有的活动都要通过中心服务器来协调,当参加者人数较多时,中心服务器往往会成为整个系统的瓶颈;另外,由于整个系统对网络延迟十分敏感,并且高度依赖于中心服务器,所以,这种结构的系统坚固性不如复制式结构。

复制式结构复制式结构是指在每个参加者所在的计算机上复制中心服务器,这样每个参加者进程都有一份共享的应用系统。中心服务器接收来自于其他工作站的输入信息,并把信息传送到运行在本地机的应用系统中,由应用系统进行所需的计算并产生必要的输出。复制式结构的优点是:所需网络带宽较小;由于每个参加者只与应用系统的局部备份进行交互,所以,交互式响应效果好;在局部主机上生成输出,简化了异种机环境下的操作;复制应用系统依然是单线程,必要时把自己的状态多点广播到其他用户。其缺点是比集中式结构复杂,在维护共享应用系统中的多个备份的信息或状态一致性方面比较困难,需要有控制机制来保证每个用户得到相同的输入事件序列,以实现共享应用系统中所有备份的同步,并且用户接收到的输出应具有一致性。目前,最典型的应用是SIMNET系统,SIMNET由坦克仿真器通过网络连接而成,用于部队的联合训练。通过SIMNET ,位于德国的仿真器可以和位于美国的仿真器运行在同一个虚拟世界中,参与同一场作战演习。

VR头显三巨头大比拼


Oculus Rift, HTC Vive, SONY PSVR的全面对比:

分辨率/清晰度

从参数上来看, Rift和Vive分辨率是一样的, PSVR略低. 但是有一个大家都忽略的因素, 那就是像素的排列方式. PSVR是RGB排列, Rift和Vive是Pentile排列的. 虽然与Oculus DK2同样的分辨率, PSVR的清晰度改善却非常明显. 另外, Rift对纱门效应多做了一些优化, 所以在像素间空隙上占据十分微小的优势. 个人的总体感觉, 清晰度上Rift > Vive > PSVR > DK2. 不管哪个设备, 像素仍然是肉眼可见的, 只不过这三个设备已经不会像DK2那样第一眼就因为分辨率问题让人出戏了. 
PS: Rift需要手动调节瞳距, 我个人需要调节到最大才比较清晰, 有人也反应怎么调都看不清, 可能并不适合瞳距比较大的人.

FOV

参数上来看都是100~110左右, 比GearVR的体验要好得多. 另外, GearVR和DK2仍然存在边缘色散的现象, Rift/Vive/PSVR已经察觉不到这个问题了, 所以这个角度算是平手.

刷新率

Rift和Vive都是90Hz, PSVR可以是60/90/120Hz. PSVR的120Hz看起来很美, 但是机能限制一般是渲染60FPS, reproject成120. 从用户体验上来说, 差别不是很大, 可以当作是平手, 延迟上比各种手机VR盒子好太多了.

配戴舒适度

重量上来看, Rift < Vive < PSVR. 但是, 实际的体验好坏并不是这个顺序. 不得不说这次SONY的工业设计保持了一贯的高水准, 通过前后的重量均匀分布消除了前脸的负重感和压迫感. 
如果不戴眼镜, 那配戴舒适度PSVR > Rift > Vive. 
如果戴眼镜, 那PSVR > Vive > Rift. 我个人也是近视, 所以在这一点上感受非常深, 下面是三个设备在戴眼镜的基础上的穿戴过程:

  • PSVR: 一只手把后面拉开, 另一只手把PSVR扣在眼睛(眼镜)上, 松手搞定
  • Vive: 先把松紧带弄到上边, 把Vive扣到眼睛(眼镜)上, 再把松紧带从头顶拉到后脑勺固定, 与DK2的穿戴过程比较类似
  • Rift: 两边与后侧都是硬的, 所以需要先调节出足够的空间才能把头放进去, 但就算调到最大也很难不摘眼镜直接扣上. 所以我一般是先把眼镜摘下来, 放进Rift里的合适位置, 两只手把眼镜腿与Rift两侧的横条对齐, 没有第三只手去拉后面了, 只能靠脑袋往里面挤, 过程中还要与眼镜的鼻拖做斗争, 戴上后眼镜也很可能是歪的, 需要再手动调节, 但空间太小, 眼镜太宽的话眼镜腿很可能被两侧压迫, 非常不舒服. 摘下来的时候, 眼镜一般还在Rift上, 因为太挤了… 
    还有, Rift在鼻子那里留的空间非常大, 漏光比较严重, 不过好在边框可以拆卸, 未来铁定会在淘宝上有针对中国人脸型改善的配件卖, 这算是一个商机, 哈哈

耳机

Rift直接集成了耳机, 穿戴过程少了一个设备, 音效也不错, 可以拆掉. 但耳机不是全包式的, 而且那个机械结构给人的感觉很脆弱, 一不小心就会掰断的样子. Vive上预留了耳机孔, PSVR则是在连接线有个耳机孔. 这方面不好说谁好谁坏, 每个人的需求不一样. 对于想自己配发烧耳机的, Vive和PSVR更合适.

外观

HTC这次不光”后头丑”, 前面也丑了, 囧. 但是配戴过程中, 自己是看不到设备的外观的, 所以好不好看无所谓了, 自己觉不出丑, 最多是别人看你丑, 哈哈. 有些人也不喜欢PSVR上那些灯, 所以这是一个主观问题, 不好评价.

控制器

VR头戴设备更多的是输出方式的改善, 真正能够改变游戏体验的是输入设备, 这就需要我们好好关注一下能够在VR中模拟双手的控制器了, 未来会基于双手控制器产生各种新的游戏体验(甚至游戏类型). 
Rift, Vive, PSVR的专属控制器分别是Oculus Touch, SteamVR Controller, PS Move. 大家的功能差不多, 都有空间定位能力, 能够在VR中模拟双手的位置和旋转. 通过按键模拟手部的动作, 通过摇杆/触摸板控制一些方向操作等. 
从手感上来说, Touch > SteamVR Controller > PS Move. 
从空间定位的稳定性上来说, SteamVR Controller > Touch > PS Move. 
由于PS Move的定位是依赖PS4的Camera的, 所以转身被挡住就会出问题, 而且Camera的精度也最差. 如果是基于体感的操作, PSVR的体验非常不好, 可能SONY会出新版的体感控制器来改善这个问题. 
Rift配Touch的话可以增加一个Camera用于增强定位能力, 所以实际的空间稳定性还是不错的, 能够在两三米左右的范围内移动. 
Vive的Lighthouse技术定位能力最强, 可以直接在虚拟世界中把手柄抛起来再接住.

特色功能

Vive最大的优势就是它的Lighthouse技术, 可以提供5x5米的空间范围追踪能力. 这就意味着, 游戏中的移动可以通过实际走动来进行, 避免了”被动式”移动产生的眩晕问题. 另外, Vive带了个摄像头, 可以在不摘下的情况下去喝杯水, 拿个东西之类的. 最后就是HTC的特色, 支持手机的蓝牙连接, 可以在穿戴情况下接打电话.

PSVR的特色是分屏游戏, 即一个人戴PSVR玩, 另外4个人看电视机玩, 合家欢的PartyGame. 这非常符合主机的定位, 毕竟一个人玩VR的话, 家人肯定会有意见…一般一家人也不会买多个VR设备, 如何一起玩耍? PSVR给了一个很不错的思路. 不过, 这个特色在PC上也可以实现, 最后还是看游戏支不支持了.

至于Oculus的特色功能, 估计是Facebook? 很可能就因为这个行货会难产, 现在装个驱动都要翻墙……

硬件要求

PSVR的要求最低, PS4 + Camera即可. Rift和Vive的推荐配置几乎一样, 实际上来看的话, Vive对CPU的要求要比Rift更宽一些, 而且Rift还需要占用3个USB3.0接口. 原因是Vive的一些数据处理在硬件层就完成了, Rift需要在驱动层面去处理, 所以对CPU指令集和传输带宽要求更高一些.

PS: 吐槽一下, 装了台E3 1230v3的机子, Rift竟然说达不到要求, 明明比i5强好么…虽然不影响体验, 但也不用一直在Home界面提醒我啊-_-

安装便利性

从连线的便利程度来看Rift > PSVR > Vive. Rift加上两个Camera就三根线, PSVR还要拖个分线盒再接电视机. Vive比较特殊, Lighthouse带来大范围定位能力的同时, 对安装的空间提出了很高的要求. 如果无法在天花板上安装, 就需要弄两个三角架来固定那两个传感器. 再说了, 谁家有那么大面积的空间啊, 为了买Vive, 换套房? 虽然HTC表示也会有一些不需要那么大空间的游戏, 但是买来用不了的功能总觉得亏了.

价格

PSVR最便宜, $399, 另外还需要PS4+Camera+PS Move, 整套下来只是相当于Rift和Vive的PC主机的价格 
Vive跟Rift比的话, 看起来Vive更贵, 但是Rift还没有包含Touch控制器, 所以现在也不好说谁更贵, 何况Rift还送了三个游戏. 不管怎么说, 买这俩都要另配一台6000块以上的电脑主机, Vive还要再配个耳机, 甚至是房子.

内容

Oculus打造了自己的一个新平台, Vive一边跟Steam合作, 一边却又自己搞了个市场, 不知道怎么想的. 这两个都是在PC平台上使用的, 不知道未来会不会对非平台商店下载的内容做出限制, 这也是很多宅男比较关注的. 
PSVR这边就比较矛盾了, 一方面受限于PS4的机能, 画面做不了非常精美(何况又加了个分屏功能, 就这点GPU能力还要渲染两个不同的画面). 另一方面, PS强大的开发者关系能够吸引更多有实力的工作室对其进行内容制作, 加上硬件体验的一致性, 很可能在游戏体验上会更好. 这其实就有点像主机党和Steam党之争, 没法说谁好谁坏.

总的来说, Rift/Vive/PSVR算是第一批”合格的”面向消费者的硬件, 虽然不是完美形态, 但这代表了一个开始. 从整个GDC的展位和讲座占比来看, VR已经是一股不可阻挡的潮流, 也许普通人并没有意识到, 但是科幻片中的未来已经离我们不远了.

未来趋势HoloLens

未来或许将是MR的天下,如今的VR以及AR可能只是铺路石:
产品发布:
Microsoft HoloLens MR头显由Microsoft 公司于北京时间2015年1月22日凌晨与Window10同时发布。
2015年6月15日,微软在E3游戏展之前的新闻发布会上展示更完整的现实增强版《Minecraft》。微软此次在咖啡桌和书架上展示了全息的Minecraft城堡,一名佩戴HoloLens的微软员工通过手势在游戏中进行操作。此外,微软还展示了两名玩家如何在同一个Minecraft世界中互动,以及HoloLens用户如何通过语音命令来完成控制。
功能介绍:
1.HoloLens投射新闻信息流
2.HoloLens模拟游戏
3.HoloLens收看视频和查看天气
4.HoloLens辅助3D建模
5.HoloLens协助模拟登陆火星场景
工作原理:
微软的HoloLens不会像《星际迷航》那样生成每个人都可见的3D世界,只有佩戴者能够看见,其他人只会看到你正佩戴一副滑稽古怪的眼镜和一系列离奇古怪的动作。
HoloLens的另一个关键之处在于:微软没有打算为用户呈现一个完全不同的世界,而是将某些计算机生成的效果叠加于现实世界之上。用户仍然可以行走自如,随意与人交谈,全然不必担心撞到墙。
眼镜将会追踪你的移动和视线,进而生成适当的虚拟对象,通过光线投射到你的眼中。因为设备知道你的方位,你可以通过手势——目前只支持半空中抬起和放下手指点击——与虚拟3D对象交互。
有众多硬件帮助HoloLens实现栩栩如生的效果。各种传感器可以追踪你在室内的移动,然后透过层叠的彩色镜片创建出可以从不同角度交互的对象。想在厨房中央查看一辆虚拟摩托的另一侧?没问题,只有走到相应的一侧即可。
眼镜通过摄像头对室内物体进行观察,因此设备可以得知桌子、椅子和其他对象的方位,然后其可以在这些对象表面甚至里面投射3D图像——例如在桌面投射虚拟炸药,你可以在引爆之后观察里面的情形。
在《Minecraft》演示中进行游戏时,通过在真实世界的咖啡桌上用手指点击,桌子表面立刻就被破坏。从破坏处看下去,里面是充满熔岩的洞穴。
虽然还存在局限,但是微软示范了该技术的潜力。
一位受邀观众通过HoloLens与一位微软员工进行了视频对话。为了帮助该受邀者对灯光开关重新接线,微软员工画出了草图和箭头,并通过HoloLens里面的一个摄像头将这些呈现在受邀者眼前,同时还进一步展示了需要利用哪些工具以及如何使用。
Rift的差异
Oculus Rift与微软HoloLens的相同之处在于它们都需要戴在头上。除此之外,它们是完全不同的产品。微软的产品在帮助人们与现实世界交互时,Oculus则想要让我们沉浸于一个全新的虚拟世界中。
简而言之,Rift是放置于你脸上的一个屏幕。开启设备后,它会欺骗你的大脑,让你认为自己正身处一个完全不同的世界,例如太空中的飞船上,或者摩天大楼的边缘。该设备有一天可以让你置身于实况篮球比赛的现场或者躺在沙滩上享受日光浴。
Oculus的目的是让用户有身临其境的感觉。那种感觉称之为“存在感”,而这不是微软HoloLens追求的方向。
Hololens的出现让备受瞩目的可穿戴设备有Google GlassOculus Rift片刻间黯然失色,尤其是Oculus Rift。Google Glass本质上只具备虚拟现实交互功能,而Oculus Rift则完全是营造了一个与现实阻断的虚拟场景,Hololens则更是很成功地将虚拟和现实结合起来,并实现了更佳的互动性。使用者可以很轻松地在现实场景中辨别出虚拟图像,并对其发号施令。这就像是在人的头顶时刻跟随着一个长翅膀的小助手为人完成各种任务一样,令人神往。
Hololens引领技术革命浪潮
传统的人机交互,主要是通过键盘和触摸,包括并不能被精确识别的语音等。Hololens的出现,则给新一代体验更好的人机交互指明道路。在《瓦力》这部电影中,城市中每个人的面前都有一个可随时按指令出现的全息屏,可以在上面执行各种任务,不用时马上消失无形。Hololens所指向的未来,正是这部动画片中的场景。在人机交互之外,还有人与人和人与环境的交互。虚拟现实能让远隔万里的人坐在你面前与你促膝长谈,也能让你游览你从未去过也没可能去的地方,如撒哈拉沙漠、马里亚纳海沟、月球、火星。当前的虚拟现实技术能做到这一点,但还是要戴上连着无数电线的重重的头盔,Hololens所做的,是把这些虚拟现实设备小型化和便携化,至少是向前更近了一步。
想象一下,你在旧金山就能与北京总部进行实景会议,你的一举一动,每个表情,都会被数据传输到北京后进行虚拟场景还原,北京那边也一样。你的各种家庭设备坏了,再也不需要去预约修理,会有技师手把手教你怎么做,与真人在你身边无异。大部分需要人与人之间进行实地交流的场景,都可以被Hololens所接管,所有的情感交流、商务会议、客服维修、团队协作、在线教育,顿时变得简单了,低成本化了。
在娱乐上Hololens能发挥的作用不必多说,心有多大,世界就有多大。你甚至能在自己的屋子里近距离观摩火山喷发,去火星上走一圈,没准还能碰到外星人,或者通过对环境的研究发现一些科学家们尚未发现的东西。当然,微软在推广Hololens的策略里,似乎也是从娱乐开始的,他们收购了一款名为Minecraft的游戏,应用到这款机器上。
整个Hololens头显相当于一台小电脑,CPU和GPU都有,还有几个摄像头和传感器。Hololens使用的有可能是英特尔尚未发布的Atom芯片,内部代号为Cherry Trail,据说是用14纳米工艺流程制作出来的,体积更小,速度更快,代表了当前半导体工业的最高水准。
从技术趋势上看,人类与计算机之间的交互方式,面临着一场变革。触屏的广泛应用,根本不能算是迭代,更像是一种过渡状态。一方面人们有抛弃键盘的内在需求,另一方面更加方便快捷的交互技术虽然已研发出来但还未得到应用。如果说键盘是1.0,触屏就是1.5,在Hololens所启示的那个场景实现之后,才是人机交互的2.0时代。也许Hololens会失败,但其指出的这条道路是没错的。
Hololens打开的这扇门,绝不仅仅是虚拟现实那么简单,这其中隐藏的人机交互方式革命,是怎么畅想也不过分的。用一个产品带动一个庞大的相关产业和技术创新浪潮,在历史上并不鲜见,而Hololens,则是最有希望带动一波技术创新浪潮的那个产品,引领着人们进入激动人心的未来。
殊途同归
最终,这些走在不同道路上的公司都有着共同的目标——改变人们与计算机交互的方式。我们都使用过键盘和鼠标;我们正在学习如何与智能手机上的屏幕打交道。目前为止,这些设备都能帮助我们获取各种信息,从书籍到电影。
但是Oculus、微软、谷歌和其他众多厂商正在尝试以一种全然不同的、更加自然的交互方式将我们与技术联系在一起。这些公司以及他们的产品正在通过手势、3D图像以及图像叠加方式为我们提供下一代的交互方式,帮助我们在全新的层面处理工作、通讯以及一切事务。
听起来颇像科幻情节,但是如果这些设备实现了它们允诺的那些功能,那么科幻变成现实的速度要快过我们任何一个人的想象。

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