虚拟现实的机遇和挑战

Facebook CEO扎克伯格称虚拟现实（VR，Virtual Reality）为“下一代计算机平台”，而VR这个在世界突然火热的话题，早在1935年的《皮格马利翁的眼镜》这部小说中就有所提及，文中描述戴上这种眼镜后，就能“看到”、听到、摸到各种东西。1957年，Morton Heilig发明的Sensorama提出了VR的概念，从上世纪60年代到80年代的早期探索，从80年代末到90年代初的爆点和沉寂，到今天全面进入大众视野。2016年可以说开启了VR潮流的第三个元年。

VR是人类梦想的实现，而很多富有想象力的作家则是预言家。雷布莱伯利在他1951年发表的小说《大草原》讲述了一对婴孩和一个虚拟育儿所的故事，而弗雷得里克波尔1955年的小说《地底下的隧道》则提到了一个永远重复体验同一天的男人，这个男人最后发现自己原来被困在了一个可怕的行销虚拟体验中。简单来说，虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互。VR让用户使用人的自然技能对虚拟现实中的物体进行操作，并能提供视觉、听觉、触觉等直观自然的实时感知。

不可否认，作为第三个元年，2016年是VR快速发展的一年。VR是一项融合了计算机图形学、人机接口技术、传感技术、心理学、人机工程学及人工智能的综合技术。它带给人们的感受是：虚拟和现实之间已没有明显界限。通过某种方式，比如佩戴VR设备，来使用户产生处于虚拟世界的感觉，包括视觉听觉，甚至延伸到触觉及嗅觉。VR技术可以直接将我们投入虚拟的三维空间中，与交互的环境融为一体。或者说，让我们主观感受到我们本体是沉浸于一个三维的虚拟空间的。例如，可以通过眼睛看到三维立体图像，通过手和空间的物体进行操作支配，通过在真实世界的行走实现在三维虚拟世界的移动。显然，这样的技术具备三个主要特征：

沉浸感：用户能够沉浸于由高性能处理器产生的逼真的三维画面中。这需要一个封闭的视野范围，才能够使用户沉浸于构建的虚拟世界中，并不会有明显的虚拟和现实的差别。这也是许多VR设备都需要让用户佩戴一个封闭小盒子的原因。但单纯满足于沉浸感，把左右格式的3D视频搬到眼罩上，并不属于VR范畴。

交互性：用户与环境之间的交流可以被视作交互。利用传感器、眼球识别、动作捕捉等实现人机交互。VR系统可以说就是一种高级的人机交互系统，因此人机交互是虚拟现实的核心，同时也是VR技术的突破口和技术难点。

构想性：用户能构想客观不存在或者不可能发生的事情，通过想象与虚拟现实的结合来提高效率。虚拟现实技术给我们描绘的是一个充满想象的第二个世界，在这个虚拟的世界中，一切都是刚刚开始，目前社会中所有的商业模式和社交行为，在虚拟的空间中都可以得到复制甚至增强的体验。

基于以上三个特点，VR技术阻断了人原有的视觉输入，达到沉浸性；用虚拟构想的影像光线占据全部视觉，实现与影像的交互，达到欺骗大脑的效果。实际上，VR技术的本质是连接方式，处于不同空间位置的用户可以通过VR，与其他用户连接在一起，多人同时出现在所构想的虚拟世界中。

实际上早在20世纪90年代，VR的概念就已经出现在军事、工业、科研、医疗等领域。然而由于当时的技术条件有限，对于VR的理解还局限在平面模拟的层面，虽然有一定的促进作用，但是整体上不能算是革命性质的变革。

从技术发展的本质上看，虚拟现实经历了下面几个阶段的演进：第一，桌面虚拟现实：这个阶段是以电脑仿真和显示为基础的相关应用；第二，沉浸的虚拟现实：包括头显显示、虚拟空间的内容消费；第三，增强现实性的虚拟现实：头显和相关体感设备的使用，让虚拟现实有了初步的交互体验；第四，分布式虚拟现实系统：前面的所有虚拟现实场景都是单人单用户的虚拟场景，虚拟现实的目标是连接人和人，因此多用户协同共享虚拟现实才是虚拟现实的未来。

人们想要进入虚拟现实的VR世界，终端设备是一个重要工具。当下，谷歌、微软、Oculus、三星、索尼、HTC已率先占据市场的一席之地，在中国大陆，暴风影音、乐相科技等也抢先推出了自己的相关设备。随着终端设备的市场逐步成熟，将会呈现千军万马过独木桥的特点，而最后胜出的往往是拥有强悍的技术和芯片能力的公司。所以，终端设备已成红海，市场很快趋于饱和，终端设备的体验和成本问题在硬件巨头入局的情况下会逐步得到解决。目前虚拟现实产业标准严重缺失，导致产业链发展不健全，硬件制作五花八门。不过此问题已经引起国际各方关注，行业标准将会逐步出台。

笔者认为，当下VR发展的核心技术难点在于实现VR交互。考虑到各种VR设备的推出以及VR内容制造商的逐步统一，步入2016年，VR的交互性将会成为核心。VR作为新一代多媒体手段，将带给人们更真实的视觉体验。不同的应用场景将存在不同的应用界面以供选择，而且在各个场景中也有很多的人机交互需求。VR的多维特点决定了它的交互要比平面图形交互拥有更加丰富的形式。目前市面上VR交互方式大致有以下几种：动作捕捉、触觉反馈、眼球追踪、肌电模拟、手势跟踪、方向追踪、语音交互、传感器这几个方面，其中手势追踪、眼球追踪、动作捕捉均是目前VR主流的交互方式。

然而交互方式各有优缺点，在短期内很难实现统一。首先，VR设备和手机、PC等不一样，它还不是一个标准化的交互载体，所以交互模式很难达到标准化；其次，VR是三维世界，这必将提高交互的复杂性与多样性。若想在三维世界实现沉浸感，VR交互自然应该包含现实世界所有的交互方式。着眼于现实，现有的VR技术主要仍依赖于手柄来进行界面选择和交互操作，同时运用各种传感器和机械器件来实现人体动作的捕捉和识别以及人体运动的采集。然而这种交互方式很难让人拥有最好的体验和最高的用户普及使用率。

对于创业者来说，应该提供差异化的服务和创造新的需求，以此来面对新的挑战。殊途同归，大家的目的都是能够理解用户并使用户拥有更加方便的体验。与所有高新技术的发展趋势一样，解放双手永远是人们追求的目标。沉浸在虚拟现实体验中的用户，现在主要靠手柄来实现VR界面选择和交互操作，而通过手柄进行交互操作会有很强的带出感，并且长时间的手柄操作将带来较强的疲劳感和束缚感。

而通过动作捕捉来取代手柄解放双手，将现实中手的动作导入虚拟界面之中，用户仿佛置身现实一般，通过自己的双手选取界面，参与交互。眼球识别追踪则可以获知人眼的真实注视点，使得用户获得更加真实的视觉体验，另外通过眼球运动调整视界，选取功能将会更加便捷。这种基于视频图像处理的动作捕捉和眼球追踪则能很好地提高用户的参与度和沉浸感，甚至未来可以通过脑电波识别来统一用户的意识和VR交互操作，以便获得更具沉浸性的交互体验。VR交互手段将不断向着更现实化更简洁的操作模式迈进，人的机体将更多地参与交互，浸入感将不断增强。

纵观当下VR市场，硬件部分格局显现，内容部分即将爆发。将VR运用到各个领域中，即“VR+行业”模式潜力巨大。游戏、开发者服务、周边产业、影视、直播、房产、社交，医疗、教育等领域将是很好的切入点。高盛的分析中指出：“VR可应用的几个领域，从视频游戏到零售。其中视频游戏占比最大，但从医疗到房地产的各行各业都可能受到冲击。”伴随着VR头显以及游戏内容分发平台等的成熟，标志着VR整体技术进入了成熟期，并且用户社交习惯已经养成，对内容的需求会更加旺盛，将推动电影、短视频、直播、房产、教育等品类逐渐成熟。

鉴于终端移动化和网络速度的提升，互联网未来的数据80%都会集中在视频上，它是整合了文字、图片、音频的综合信息形式。所以，视频VR，也就是虚拟现实视频，将会改变整个产业。视频技术将是VR行业的核心基础技术。目前行业中存在浮躁的现象，我们不能草率地认为内容是VR的核心竞争力。因为从行业来看，内容毕竟属于少数具有内容创造能力的团体所具有的能力，潜力有限。我们对VR的看法是，VR作为文字、图片、视频之后新的一种信息传递的载体，其关键属性是连接人和人的工具。如何在连接人和人上面实现高效浸入式的交互是VR最核心的未来。可以预计，当VR连接了医生和病人，这个在线医疗的体验将会超越目前所有的互联网医疗产品；当VR连接了老师和学生，再偏远的山区的孩子也可以跟最优秀的教师一起上课，在线教育的愿景会再次被改写。

基于以上的市场分析，我们认为，提升终端计算力并不是目前科技发展的主流趋势，大家更希望借助于速度越来越快的网络，将主要计算放在云端进行，而直接向终端下发计算结果。与此同时，减小计算量、应用更有效的视频处理及压缩算法也是同样的道理。我们可以以视频视觉技术为切入口，以云计算和高并发的处理平台为依托，以视频分析、视频感知技术为交互方式入局VR。VR背后的技术，代表的是在网络中直接向人类或者机器人提供感官输入，这个感官输入需要更高数量级的计算能力、更高数量级的数据传输能力，自然也会要求全新的硬件构架和软件语言。

目前，电子科大成立的MediaLab就是专注于VR交互的研究和演进，提供在虚拟环境中人和人连接的最高效交互方式，其形态包括了视频交互、全景交互、VR交互等拥有极大潜力的交互方式。同时，作为VR的基础核心技术，视频技术的研究不容忽视。例如视频压缩、视频处理、视频无线网络自适应编码、视频存储优化等方面的技术仍可继续深入优化。目前VR的终端产品一般需要插入手机、PC或者用手柄操作，笔者认为这只是阶段性的。未来的VR眼镜应该是一体式的，直接和云端的内容、应用和计算能力相连。所以，交互云平台的搭建也是一个重要环节。比如，实现云平台动态负载均衡、服务器端多码率转码，提供移动端流畅度，实现录播云存储，提供实时录播发布等，这些都是云平台的搭建指标，可以作为我们攻克的方向，同时也是入局VR的机会。

虚拟现实是一场交互方式的新革命，人们正在实现由界面到空间的交互方式变迁。在基础设备端，与智能手机和平板电脑的采纳过程相比，我们必须承认VR在一两年内难以走向大众，但我们坚信它会在5年内像当年的智能手机一样实现井喷。分析师指出：“随着科技进步、零售价下降以及出现全新的企业和个人应用市场，我们相信VR有望孵化成为数十亿美元的产业，并可能和PC一样具有划时代的意义。”所以在当下，我们应该关注交互技术背后必然要求的全新硬件构架和软件语言，其巨大的发展潜力与远大的前景已经画下了美好的发展蓝图，让我们拭目以待。

（来源：中国工业评论）