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VR发展史

发布日期:2018-04-27 浏览量:270次

       VR,全称Virtual Reality,中文直译为虚拟现实,是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在20世纪80年代初提出的。简单地说,就是通过电脑建造出一个虚拟世界,人们可以在这个虚拟世界中获得犹如真实世界的感官体验,具体可参考科幻电影《黑客帝国》及动漫《刀剑神域》。很多人说2016年是VR元年。其实早在1957年就有VR的概念产品,虚拟现实VR技术这些近些年才流行的词组居然有六十年了。以VR为代表的虚拟现实技术日益成为面向未来的技术趋势给人的感觉是突然出现并爆发,但实际上,虚拟技术到今天已经走过了半个多世纪的历程。

       一.VR发展史

       1935年,国外小说家Stanley G.Weinbaum在他的小说中描述了一款虚拟现实的眼镜,而该小说被认为是世界上率先提出虚拟现实概念的作品,故事描述的就是以眼镜为基础,包括视觉,嗅觉,触觉等全方位沉浸式体验的虚拟现实概念;1962年,一部名为Sensorama的虚拟现实原形机被Morton Heilig所研发出来,后来被引用到空军,以虚拟现实的方式进行模拟飞行训练。虽然随后从1970年到1994年的二十多年间,VR领域有许多科学家相继投入研究,但从整体上看,还仅限于相关的技术研究,并没有生产出能交付到使用者手上的产品,直到1994开始,日本游戏公司Sega和任天堂分别针对游戏产业而推出Sega VR-1和Virtual Boy,在当时的确在业内引起了不小的轰动,但因为设备成本高,普及率并没有很大,但也为VR硬件进军To C市场打开了一扇门。

       在1957年,电影摄影师Morton Heiling发明了名为Sensorama的仿真模拟器,并在5年后为这项技术申请了专利。这款设备通过三面显示屏来实现空间感,从本质上来说Sensorama只是一款简单的3D显示工具,它不仅无比巨大,用户需要坐在椅子上将头探进设备内部,才能体验到沉浸感。

 1968年,计算机图形学之父、著名计算机科学家Ivan Sutherland设计了第一款头戴式显示Sutherland。虽然是头戴式显示器,但由于当时硬件技术限制导致Sutherland相当沉重,根本无法独立穿戴,必须在天花板上搭建支撑杆,否则无法正常使用。这种独特造型与《汉书》中记载的孙敬头悬梁读书的姿势十分类似,被用户们戏称为悬在头上的“达摩克利斯之剑”。但Sutherland的诞生,标志着头戴式虚拟现实设备与头部位置追踪系统的诞生,为现今的虚拟技术奠定了坚实基础,Ivan Sutherland也因此被称为虚拟现实之父。


     上个世纪70-80年代,是整个虚拟技术理论和概念形成的时期,组成虚拟头盔的各种组件在技术上已经十分成熟,都可以在市面上买到了。

当时的显卡已经能够实现每秒渲染上千个三角面,能够展示比较复杂的三维图像模型,索尼生产的便携式LCD显示器也能将画面完整的呈现出来。Polhemus公司开发出了6个自由度的头部追踪设备,比起Sutherland机械连杆,精准度已经大大提升,同时还省去了很多束缚。同时带有关节传感器的手套实现了体感操作,技术的成熟使得虚拟技术在航天、模拟飞行等领域得到了比较广泛的应用。虚拟现实概念也最终在80年代被正式提出。

1987年,一位著名计算机科学家Jaron Lanier,利用各种组建“拼凑”出第一款真正投放市场的VR商业产品,这款VR头盔看起来有点像Oculus,但10万美元的天价却阻碍了其普及之路。

90年代,虚拟技术的理论已经非常成熟,但对应的VR头盔依旧是概念性的产品。1991年出现的一款名为“Virtuality 1000CS”的VR头盔充展现了VR产品的尴尬之处—外形笨重、功能单一、价格昂贵。但VR游戏的火种却也在这个时期被种下,任天堂1995年推出的Virtual Boy主机被《时代周刊》评为“史上最差的50个发明”之一,仓促推出市场使得硬件由头戴式变成了三脚架支撑,加上画面显示的红色单一色彩,配属游戏作品纷纷跳票。“Virtual Boy"仅仅在市场上生存了六个月就销声匿迹,VR游戏的首次尝试也就随之烟消云散,但也为VR硬件进军To C市场打开了一扇门。

现今VR产业火爆,起因是因为2012年Oculus Rift通过国外知名众筹网站KickStarter募资到160万美元,后来被Facebook以20亿的天价收购。而当时Unity作为第一个支持Oculus眼镜的引擎,吸引了大批开发者投身VR项目的开发中,正式打响了这场VR之战,但经历首轮引爆后,2014年Google发布了Google CardBoard,让消费者能以非常低廉的成本通过手机来体验VR世界,导致许多手游开发者纷纷加入这战局,点燃了今日的”Mobile VR”超级大战

Google Cardboard

纵观当今市场,基于与Unity一直保持良好关系的硬件公司所讨论出的数据,讨论后所得到的数据,以及独立开发市场分析的结果,2017年会有超过1300万的VR硬件产出,2020年更会超出5000万台,总市值将达30亿美元

VR原理与现状深度探讨

在当今已经销售的沉浸式VR设备中,主要有以下两种设备类型:

基于PC的头戴式VR设备,如Oculus Rift。此类设备通过PC来计算,并将计算结果传递给头戴式设备中的显示屏进行显示,进而让用户产生沉浸式VR的体验。就目前而言,该类设备较之其他类型设备,可以提供给用户最好的VR体验,但其缺点是必须要通过USB/HDMI线与PC相连,这也极大地限制了该类设备的灵活性。

基于Mobile的头戴式VR设备,如Gear VR,Google Cardboard等。此类设备通过将移动设备进行场景的渲染和计算,并直接作为屏幕来进行显示。该类设备的优点是避免了繁琐的电线连接,便于携带,且移动设备普及率高。但缺点同样突出,即计算和渲染能力较PC相比,逊色许多,且随着体验时间的增加,移动设备的发热程度会迅速上升,从而迫使其降低频率来进行计算,进而造成更大的画面卡顿和延迟,大大降低VR体验的舒适感。

除此之外,还有Sony的Morpheus、HTC的VIVE等硬件设备,据悉也将于明年正式面世。

就目前的VR体验而言,其最亟需解决的问题就是用户体验时的眩晕等身体不适问题。造成身体不适的原因很多,分辨率、画面重影、画面延迟、深度感知不连续等等。人体全身上下有许多感知器官,每时每刻都在不断地感知周围信息并将其传给大脑,大脑则不断对这些信息进行处理,判断其是否正常和“合理”。所以,如果出现了大脑无法识别的冲突信息,大脑就会感到“困扰”,进而产生不适感。以上所说的“重影”、“延迟”和“深度感知不连续”等,均会让大脑感到“困扰”,因为这些现象在人们习以为常的生活中,几乎是不可能出现的。因此,这种情况极大加速了人们大脑的疲劳,甚至出现眩晕恶心等情况,进而大大缩短了VR体验的时间。目前,沉浸式VR的体验时间一般为每次5-10分钟,连续体验不宜超过30分钟。

如何提供给用户更棒的VR体验,已经成了当今VR领域首要的解决问题。就目前而言,主流的硬件厂商都在以下几个方向进行不懈的努力。

1. 提高帧率、降低延迟度

一般来说,一款PC/移动游戏的帧率只需保持在30帧/秒以上,即可满足玩家流畅游戏的需求。但对于沉浸式VR体验来说,30帧/秒是远远不够的。在此,需要先来解释一下延迟度这个概念。

2. 提升分辨率

目前的硬件需要在距离眼睛很近的位置观看,而屏幕贴近眼睛很容易产生纱窗效应,使眼睛能够看出屏幕中的格点,进而产生不适。坦白说,分辨率问题需要依靠硬件方面的提升才能得以解决。

VR与人体的关系与注意事项

实际上人体对于环境的敏锐度是超乎想像的,一个舒适的VR体验远比一个美观的VR体验更为重要,因为不舒服的体验会导致人体产生强烈的排斥反应,进而造成晕眩或是不适,在目前VR项目的开发原则就是不要让帧率低于75或停止更新。

VR摄像头的结构有如一双眼睛有两个平行绑定的摄像头,且各自拥有独立的校准功能,眼睛往前看的情况下视角(FOV)范围水平角度122°,垂直角度120°,如果是在颈部自由运动的范围下,视角(FOV)能达到水平角度210°,垂直角度160°。有趣的是,如果以每度60x60像素来算,我们认为当屏幕硬件技术进化到12K x 10K时,VR体验将会非常趋近现实。

VR的目前市场分析与硬件介绍

针对当前VR开发的问题,我们可以从几个切入点进行讨论。虽然VR硬件百家争鸣,但目前市场上大概有三种类型的VR硬件设备:

第1种:必须接上电脑的沉浸头戴式设备(HMD),这种设备的代表就是Oculus Rift,其优点在于沉浸体验很好,但由于是有线设备,其有限的移动范围是个障碍,因此特别合适于双脚不需移动的应用。设备本身价格比较昂贵,因此大多都是应用于to B的领域,现在该设备上的应用大多都是短时间体验,因此非常适合展览或是商业活动展示,但这类活动体验的人数较多,因此如何保持设备的卫生将是个大问题

第2种:需要自带手机的VR(Mobile VR),现在人手一部手机,因此该类设备只要简单地将纸版折成的可容纳手机的盒子就能体验,代表性的设备有Google Cardboard及Gear VR或是国内的暴风魔镜,虽然体验没有PC头戴设备好,但由于成本低廉,易于携带,开发应用的流程也是手游开发者所熟悉的,因此今年有大量的开发者投入Mobile VR的开发行列,进而带动了整个VR市场的发展。

第3种:整合AR技术的新型态体验,进入CR(Cinematic Reality)新领域,要知道市场上总是有往前冲的领头羊,谷歌所推出的Google Glass就是一个案例,虽然现已成为绝响,但也造就后面的Microsoft Hololens, Magic Leap等新型态眼镜的快速进化。未来眼镜的轻量化,极强的电池续航力将是次世代VR设备的重点,但为了达到眼镜轻量化的效果,代价就是身上必须背着一个用来运算的硬件,如果运行效果能达到预期,我们将踏入次世代VR领域。

除了上述大类之外,也有许多不同的VR装置,比如投影VR或是全息VR。

 

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