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MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)全解讀
MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)全解讀
什么是混合現(xiàn)實(shí)?
MR,既是“混合現(xiàn)實(shí)”(Mixed Reality),而是由“智能硬件之父”多倫多大學(xué)教授Steve Mann提出的介導(dǎo)現(xiàn)實(shí),全稱(chēng)Mediated Reality。
在上世紀(jì)七八十年代,為了增強(qiáng)簡(jiǎn)單自身視覺(jué)效果,讓眼睛在任何情境下都能夠“看到”周?chē)h(huán)境,Steve Mann設(shè)計(jì)出可穿戴智能硬件,這被看作是初步對(duì)MR技術(shù)的探索。
VR是純虛擬數(shù)字畫(huà)面,而AR虛擬數(shù)字畫(huà)面加上裸眼現(xiàn)實(shí),MR是數(shù)字化現(xiàn)實(shí)加上虛擬數(shù)字畫(huà)面。從概念上來(lái)說(shuō),MR與AR更為接近,都是一半現(xiàn)實(shí)一半虛擬影像,但傳統(tǒng)AR技術(shù)運(yùn)用棱鏡光學(xué)原理折射現(xiàn)實(shí)影像,視角不如VR視角大,清晰度也會(huì)受到影響。
MR技術(shù)結(jié)合了VR與AR的優(yōu)勢(shì),能夠更好地將AR技術(shù)體現(xiàn)出來(lái)。
MR技術(shù)原理
前面介紹VR和AR技術(shù)其實(shí)也是為這個(gè)版塊做的鋪墊,虛擬現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)業(yè)鏈有大量的重疊部分 ,技術(shù)也是如此。
1. 感知系統(tǒng)
要把現(xiàn)實(shí)整合進(jìn)虛擬,就需要3D建模,但是還需要運(yùn)動(dòng)感知,所以感知系統(tǒng)很重要。
圖像識(shí)別:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)快速和精確地分析圖像并識(shí)別其中的特征的能力。
首先你得把現(xiàn)實(shí)的東西虛擬化,也就是先得用攝像頭捕捉畫(huà)面,但我們都知道攝像頭捕捉的畫(huà)面都是二維的,也就是畫(huà)面是扁平的,沒(méi)有立體感,所以還得把二維的圖像通過(guò)計(jì)算機(jī)形成三維的虛擬圖像,這叫3D建模, 只有這樣虛擬化之后,你才能把它很好地融合進(jìn)虛擬的3D世界里面。
同步位置和映射(SLAM):一套用于定位一個(gè)人并同時(shí)映射環(huán)境的技術(shù)。
SLAM是混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵。為了在新的、未知的或不斷變化的環(huán)境中發(fā)揮作用,技術(shù)需要不斷地創(chuàng)建這些環(huán)境的地圖,然后定位和跟蹤一個(gè)人在其中的運(yùn)動(dòng)。采用圖像識(shí)別和深度傳感器數(shù)據(jù)的SLAM算法來(lái)計(jì)算用戶(hù)在物理世界中的位置。
除了HTC的Vive追蹤器,感知系統(tǒng)里面比較出名的有Intel的解決方案叫RealSense,微軟的Kinect體感裝置,和一個(gè)創(chuàng)業(yè)公司做的體感系統(tǒng)叫Leap Motion等等,未來(lái)這些體感的硬件都會(huì)有很大的市場(chǎng)空間。
當(dāng)然除了硬件,還有很多公司基于硬件檢測(cè)到的數(shù)據(jù)做算法的分析,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)跟蹤。
2. 開(kāi)發(fā)工具
蘋(píng)果公司就直接推出來(lái)了給自己的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)平臺(tái)做開(kāi)發(fā)的一套系統(tǒng)ARKit,并且向所有的第三方開(kāi)發(fā)者開(kāi)放。同時(shí),它對(duì)另一個(gè)開(kāi)發(fā)工具公司是完全兼容的,這個(gè)工具叫Unity 3D,是由Unity公司推出來(lái)的。所以,Unity公司應(yīng)該在未來(lái)有很大的成長(zhǎng)空間。這家公司也被很多中國(guó)公司投資了,包括華山資本、掌趣都投了,所以也是中國(guó)在全球游戲產(chǎn)業(yè)上有全球性布局的一個(gè)范例。
3. 顯示設(shè)備
我們?nèi)菀琢?xí)以為常地認(rèn)為不管是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)也好,還是虛擬現(xiàn)實(shí)也好,都需要在頭上戴一個(gè)大的頭盔,戴一個(gè)大顯示器。因?yàn)椴还苁翘摂M現(xiàn)實(shí)的Oculus,還是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的Mata,都是這么個(gè)設(shè)備。但實(shí)際上蘋(píng)果作了一個(gè)很好的示范,就是手機(jī)本身就可以是一個(gè)顯示器。我們自然可以想到,iPad也可以是個(gè)顯示器,而且蘋(píng)果這回是下定決心用Pad來(lái)實(shí)現(xiàn)所有的移動(dòng)計(jì)算能力,使它未來(lái)成為移動(dòng)筆記本電腦的替代品。
你可以想象Pad未來(lái)的能力會(huì)很強(qiáng)大。所以,也許下一次到你家來(lái)幫你做電器維修或者疏通管道的那個(gè)工人隨身就會(huì)帶著個(gè)Pad,照著你的設(shè)備,然后和他的師傅遠(yuǎn)程交流來(lái)解決你們家的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
當(dāng)然,不管是手機(jī)還是Pad,手持總是不夠方便。所以,像“第六感”(現(xiàn)實(shí)和虛擬融為一體的產(chǎn)品)那樣的可穿戴,也就是說(shuō)手勢(shì)可跟蹤這樣的設(shè)備還會(huì)出現(xiàn)。
比如說(shuō)在你家里幫你維修的這個(gè)師傅,他手上的每一個(gè)動(dòng)作都被傳到他師傅那兒去,他的師傅就很容易判斷他的維修方式是否正確,進(jìn)而作出正確的指導(dǎo)。
所以我們認(rèn)為,在這個(gè)混合現(xiàn)實(shí)的潮流當(dāng)中,還會(huì)涌現(xiàn)出大量的可穿戴設(shè)備,也許原來(lái)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的"第六感"在這個(gè)潮流當(dāng)中會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化,尤其是一些行業(yè)專(zhuān)用的可穿戴系統(tǒng)會(huì)大量出現(xiàn)。
4. 底層技術(shù)
高通推出來(lái)的驍龍835芯片,基本上已經(jīng)能夠解決虛擬現(xiàn)實(shí)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)的計(jì)算需求了。
從帶寬上講,4G覆蓋得越來(lái)越完善,5G也呼之欲出了。所以我們可以看到,雖然混合現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)鏈有點(diǎn)不同,但基本上還是重疊度很高的。
虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)及混合現(xiàn)實(shí)(MR)三者關(guān)系及區(qū)別
虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,VR)是利用VR設(shè)備模擬產(chǎn)生一個(gè)三維的虛擬空間,提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬,讓使用者如同身歷其境一般。是“無(wú)中生有”。VR中只能體驗(yàn)到虛擬世界,無(wú)法看到真實(shí)環(huán)境。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality,AR)是VR技術(shù)的延伸,能把計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中并與人實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。是“錦上添花”。AR中既能看到真實(shí)世界,又能看到虛擬事物。
混合現(xiàn)實(shí)(Mixed Reality,MR)是AR技術(shù)的升級(jí),將虛擬世界和真實(shí)世界合成一個(gè)無(wú)縫銜接的虛實(shí)融合世界,其中的物理實(shí)體和數(shù)字對(duì)象滿(mǎn)足真實(shí)的三維投影關(guān)系。是“實(shí)幻交織”。MR中難以分辨真實(shí)世界與虛擬世界的邊界。

混合現(xiàn)實(shí)(MR)應(yīng)用場(chǎng)景
MR技術(shù)在工業(yè)、設(shè)計(jì)、展覽、建筑、醫(yī)療、教育等行業(yè)中都具有顯著的業(yè)務(wù)需求。
(一)工業(yè)應(yīng)用
隨著工業(yè)4.0、智能制造等概念的推廣,混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其與真實(shí)環(huán)境、真實(shí)物體進(jìn)行良好結(jié)合的特性,成為提升生產(chǎn)力的重要工具。
MR技術(shù)包括崗位操作培訓(xùn)、設(shè)備維護(hù)手冊(cè)、IoT數(shù)據(jù)展示,遠(yuǎn)程專(zhuān)家指導(dǎo)等等。
工作人員戴上MR眼鏡在生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行巡檢,其眼前的機(jī)器設(shè)備上會(huì)自動(dòng)浮現(xiàn)出該設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行數(shù)據(jù);
巡檢員發(fā)現(xiàn)異常,通過(guò)眼鏡完成問(wèn)題上報(bào);
根據(jù)故障信息調(diào)取處置方案,設(shè)備的維修指導(dǎo)信息會(huì)呈現(xiàn)在他的面前,并準(zhǔn)確指出每個(gè)步驟操作的具體位置。
如果沒(méi)辦法解決問(wèn)題,馬上通過(guò)眼鏡呼叫遠(yuǎn)程技術(shù)專(zhuān)家;
專(zhuān)家通過(guò)分析眼鏡為現(xiàn)場(chǎng)員工提供精確的專(zhuān)業(yè)指導(dǎo),協(xié)助完成問(wèn)題的處置。
整個(gè)流程中員工僅需一副MR眼鏡就可實(shí)現(xiàn)所有的功能。

(二)展覽應(yīng)用
在混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)剛出現(xiàn)的時(shí)候,最多的應(yīng)用場(chǎng)景就是展覽和展示。MR技術(shù)非常適合展示體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密昂貴、不便于攜帶和拆解的產(chǎn)品。
(三)建筑應(yīng)用
MR技術(shù)將模型帶出屏幕,讓建筑的3D模型躍然紙上,為用戶(hù)提供了透視、分層、局部放大等更直觀的觀看和交互的能力。通過(guò)全息3D化展示,更自然的去體驗(yàn)和理解設(shè)計(jì)方案,使數(shù)據(jù)通俗化。
如果MR與BIM能夠進(jìn)行完美的結(jié)合,把“虛”的BIM數(shù)據(jù)和“實(shí)”的施工場(chǎng)景進(jìn)行疊加對(duì)比,甚至在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估工程進(jìn)度和施工精確度,將為建筑工程行業(yè)的智能化推進(jìn)帶來(lái)巨大的想象空間。
(四)醫(yī)療應(yīng)用
MR技術(shù)在醫(yī)療場(chǎng)景中也有著廣闊的發(fā)展空間,比如醫(yī)生們可以在手術(shù)的過(guò)程中,通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)眼鏡方便地查閱病人影像資料、相關(guān)部位的3D模型等內(nèi)容;也可將病人的全息骨骼模型準(zhǔn)確地疊加在其身體上,輔助醫(yī)生完成手術(shù)定位;結(jié)合5G等遠(yuǎn)程通訊技術(shù),對(duì)手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直播,并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多人會(huì)診;在術(shù)式培訓(xùn)、醫(yī)療設(shè)備操作培訓(xùn)等業(yè)務(wù)場(chǎng)景中,同樣使用MR來(lái)達(dá)到優(yōu)異的培訓(xùn)效果。
醫(yī)療影像數(shù)據(jù)方便地轉(zhuǎn)化為3D模型,利用MR全息化地展示這些模型,將平面的影像立體化,給與醫(yī)生準(zhǔn)確的空間位置判斷力?臻g立體化的“讀片”技術(shù)顯著提升年輕醫(yī)生的讀片準(zhǔn)確度,也方便醫(yī)生將相關(guān)病情與患者或家屬進(jìn)行直觀的溝通。

(五)教育應(yīng)用
在教育行業(yè)根據(jù)不同的學(xué)習(xí)需求開(kāi)發(fā)全息教學(xué)內(nèi)容,讓學(xué)生們?cè)谛缕娴娜⒒?dòng)式體驗(yàn)中完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。MR頭戴式設(shè)備比較適合中學(xué)及以上年齡段的學(xué)生,對(duì)于低齡學(xué)生或?qū)W齡前兒童并不完全適用。
職業(yè)教育主要關(guān)注在技能培訓(xùn)和操作能力的提高。MR技術(shù)可以將培訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容虛擬化,并與教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境和實(shí)物疊加起來(lái),通過(guò)虛實(shí)結(jié)合的方式輔助學(xué)生掌握操作方法。而且虛擬化的培訓(xùn)內(nèi)容可以反復(fù)播放,實(shí)現(xiàn)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的需求。

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