中國(guó)VR/AR技術(shù)和應(yīng)用取得重大突破

      VR/AR概念的興起促使我國(guó)高校、研究機(jī)構(gòu)以及企業(yè)加大相關(guān)技術(shù)研發(fā)投入，在企業(yè)、高校和研究機(jī)構(gòu)等的共同努力下，我國(guó)VR/AR產(chǎn)業(yè)在關(guān)鍵核心技術(shù)和重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域取得了多項(xiàng)重大突破，有的甚至走在世界的前沿。

 

　　顯示終端：視場(chǎng)角、輕薄設(shè)計(jì)引領(lǐng)潮流

 

　　在VR/AR顯示終端方面，不管是從部分參數(shù)上看，還是按照輕薄設(shè)計(jì)來(lái)衡量，我國(guó)企業(yè)已經(jīng)可以和世界巨頭比拼。在2016ChinaJoy上，Hypereal展示的VR頭盔Pano，采用2K分辨率的OLED顯示屏，擁有110°視場(chǎng)角、90Hz刷新率以及11ms的延遲率，在部分參數(shù)上已經(jīng)超越了OculusRift、PSVR。

 

　　同樣，我國(guó)AR眼鏡產(chǎn)品在某些參數(shù)上也不輸于微軟的HoloLens。其中，耐德佳AR眼鏡NED+X1視場(chǎng)角（FOV）超過(guò)40度，比Hololens視場(chǎng)角提升20%以上；其光學(xué)分辨率高達(dá)1920×1080，是國(guó)際上首款全高清AR智能眼鏡。影創(chuàng)一款兼具AR/VR的頭盔Halo，70度視場(chǎng)角，整體時(shí)延控制在13ms內(nèi)。

 

　　從輕薄設(shè)計(jì)上看，我國(guó)VR/AR眼鏡已經(jīng)處于世界領(lǐng)先。多哚V1智能眼鏡僅重88g，厚度16mm，搭載2K高清解析，實(shí)現(xiàn)105度的視角場(chǎng)。悉見(jiàn)科技SeengeneX1的重量為166g，比HoloLens輕410g。

 

　　而且我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡已經(jīng)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心與北京理工大學(xué)等研制的虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡，成功應(yīng)用于33天“太空之旅”中的航天員心理舒緩。

　交互技術(shù)：技術(shù)和理念走在前沿

 

　　在交互技術(shù)上，我國(guó)企業(yè)已經(jīng)走在世界前列。傳送科技的TPCAST是全球第一個(gè)無(wú)線VR顯示商業(yè)產(chǎn)品。該設(shè)備解決了HTCVive一直以來(lái)被線纜束縛的問(wèn)題，可以支持2K@90Hz高清內(nèi)容，傳輸速度可以達(dá)到3.5GB/s，最低延遲可以達(dá)到15ms。

 

　　七鑫易維是國(guó)內(nèi)首家擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的眼球追蹤和眼動(dòng)控制技術(shù)的科技公司，去年發(fā)布了全球首款VR眼球追蹤模組aGlass。其追蹤范圍是垂直30°和水平50°，追蹤速度最高可達(dá)380Hz，追蹤精度小于0.5°，延遲低于5ms。英偉達(dá)全球副總裁兼中國(guó)區(qū)總經(jīng)理張建中認(rèn)為，七鑫易維眼球追蹤技術(shù)超過(guò)全球其他科技公司。

 

　　Hypereal自主研發(fā)的激光定位方案，可以讓使用者在一個(gè)30平方米的范圍內(nèi)，準(zhǔn)確定位到頭部和雙手控制器的位置（毫米級(jí)精度）。

 

　　還有Ximmerse和諾亦藤等。前者旗下有VR輸入控制設(shè)備MACE、VR萬(wàn)向移動(dòng)平臺(tái)Teleport以及光學(xué)手勢(shì)跟蹤設(shè)備和觸覺(jué)反饋設(shè)備。后者開(kāi)發(fā)了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的“基于MEMS慣性傳感器的動(dòng)作捕捉技術(shù)”，并在此基礎(chǔ)上形成了一系列具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本高精度動(dòng)作捕捉產(chǎn)品。

 

　　此外，我國(guó)交互技術(shù)理論的突破也值得關(guān)注。中山大學(xué)人機(jī)互聯(lián)實(shí)驗(yàn)室提出ER（ExpandedReality）即“擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)”的概念，為業(yè)界首創(chuàng)。VR與物聯(lián)網(wǎng)樣本整合，不但能體驗(yàn)，還能實(shí)時(shí)操作物理過(guò)程。采用第一現(xiàn)場(chǎng)與第二現(xiàn)場(chǎng)之間的主從機(jī)器人操控系統(tǒng)，代表未來(lái)VR與IoT中的設(shè)備聯(lián)接技術(shù)迭代的第一階段，原則上證明，在網(wǎng)絡(luò)化VR中生活的人們無(wú)需脫離沉浸式虛擬環(huán)境就可以完成實(shí)質(zhì)性生產(chǎn)任務(wù)。

 

　　光場(chǎng)技術(shù)：讓移動(dòng)VR也可以體驗(yàn)光場(chǎng)

在光場(chǎng)技術(shù)方面，疊境數(shù)字科技（上海）有限公司不僅首創(chuàng)動(dòng)靜結(jié)合光場(chǎng)拍攝系統(tǒng)，還實(shí)現(xiàn)高精度光場(chǎng)三維器件建模。其中動(dòng)靜結(jié)合的光場(chǎng)采集系統(tǒng)包括80個(gè)動(dòng)態(tài)PointGray相機(jī)和80個(gè)靜態(tài)Canon單反相機(jī)，可以同時(shí)從360度方向采集同一個(gè)物體表面反射光線。動(dòng)態(tài)相機(jī)分辨率不低于2K，主要用于動(dòng)態(tài)形變物體的實(shí)時(shí)建模；靜態(tài)相機(jī)分辨率不低于2K，主要用于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量表面反射特性采集；單幀拍攝累計(jì)采集并處理光線數(shù)量達(dá)到十億級(jí)。運(yùn)用疊境獨(dú)創(chuàng)的光場(chǎng)反向追跡算法，可以將實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)幾何信息與高質(zhì)量的靜態(tài)光線信息融合在一起，從而對(duì)動(dòng)態(tài)的非剛體模型也能高質(zhì)量重建。目前國(guó)際上類似的技術(shù)只能在高質(zhì)量和高幀率之間做出選擇，而疊境的動(dòng)靜態(tài)光場(chǎng)采集系統(tǒng)打破了這一限制，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在VR光場(chǎng)技術(shù)上的獨(dú)立創(chuàng)新和突破。

 

　　而疊境數(shù)字的光場(chǎng)三維器件建模重建精度達(dá)到亞毫米級(jí)，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了從光場(chǎng)采集到光場(chǎng)模型渲染的端到端系統(tǒng)，減少人工干預(yù)程度70%。同時(shí)疊境還大力開(kāi)發(fā)了光場(chǎng)壓縮技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)壓縮比達(dá)到500∶1時(shí)，壓縮質(zhì)量PSNR仍保持30dB以上，且編解碼速率達(dá)到30fps，降低了帶寬要求，在手機(jī)端可以流暢體驗(yàn)光場(chǎng)VR，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“移動(dòng)VR”。

 

　　行業(yè)應(yīng)用：軍事、醫(yī)療、建筑取得新突破

 

　　在重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，我國(guó)高校和科研機(jī)構(gòu)成功地將VR技術(shù)應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域，有的已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。北京大學(xué)VSV視景仿真系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)唯一全部代碼自主編寫(xiě)的視景系統(tǒng)，基本達(dá)到了世界一流水平。VSV視景仿真系統(tǒng)由地景數(shù)據(jù)組織與分發(fā)調(diào)度服務(wù)系統(tǒng)、三維場(chǎng)景動(dòng)態(tài)組織與繪制管理系統(tǒng)、場(chǎng)景繪制引擎、物理仿真引擎和三維視景仿真生成系統(tǒng)等功能模塊組成。其繪制引擎支持每幀數(shù)萬(wàn)量級(jí)的燈光實(shí)時(shí)繪制，并能真實(shí)模擬全球動(dòng)態(tài)海洋、大氣散射、光照變化、風(fēng)雨雪霧等特效。系統(tǒng)繪制幀率可達(dá)60FPS以上，能完全滿足飛行模擬視景仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交互需求。

北京航空航天大學(xué)研發(fā)出可支持個(gè)性化的經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈成形術(shù)（PCI）模擬器。該P(yáng)CI手術(shù)模擬器對(duì)心血管結(jié)構(gòu)和心臟等主要器官的建模精細(xì)度達(dá)到100萬(wàn)面片以上，物理計(jì)算單元達(dá)到10萬(wàn)個(gè)以上，視覺(jué)仿真頻率達(dá)到30幀/秒，力反饋相對(duì)誤差為5%，虛擬碰撞力的計(jì)算效率達(dá)到1000HZ。

 

　　據(jù)介紹，該P(yáng)CI手術(shù)模擬器的功能和性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)外同類商業(yè)化產(chǎn)品的先進(jìn)水平，具有計(jì)算效率高、精度高、魯棒性好等特點(diǎn)，能夠?qū)€(gè)性化手術(shù)預(yù)演與模擬訓(xùn)練緊密結(jié)合，可為醫(yī)生提供更多的訓(xùn)練案例，最大程度地降低臨床手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

 

　　同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院圖形圖像研究中心開(kāi)發(fā)出一個(gè)基于輕量級(jí)BIM（BuildingInformationModeling）的智慧建筑（Smart_Web3D_BIM）可視化服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)突破了輕量級(jí)Web3D-BIM關(guān)鍵技術(shù)（輕量化預(yù)處理、細(xì)粒度化預(yù)處理、漸進(jìn)式傳輸、增量式網(wǎng)頁(yè)級(jí)渲染處理等），成功地將大規(guī)模BIM場(chǎng)景放置在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上，用戶無(wú)需下載安裝任何插件，僅僅點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)即可輕松在線瀏覽（甚至那些在單機(jī)用Revit等也很難打開(kāi)和瀏覽的）大規(guī)模BIM場(chǎng)景。該技術(shù)使得智能城市的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、審核、養(yǎng)護(hù)、竣工、運(yùn)營(yíng)等透過(guò)輕量級(jí)BIM可視化技術(shù)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)地“整合”起來(lái)了，實(shí)現(xiàn)了“Internet+”、“VR+”和“BIM+”的集成，其應(yīng)用前景無(wú)限光明。

 

　　VR/AR產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期，我國(guó)高校、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在加大技術(shù)研發(fā)投入，通過(guò)多方的技術(shù)布局縮短與國(guó)外的差距，而且取得了顯著的成果，我國(guó)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的部分領(lǐng)域已經(jīng)引領(lǐng)世界潮流。