樣樣致命:8個決定VR/AR發展潛力核心技術

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【Gamelook專稿,轉載請註明出處】

Gamelook報道/談到VR、AR技術發展,目前市場上各種VR頭顯可謂“各顯神通”,然而一旦談及核心技術,眾多死命吆喝的創業公司就會出現吃癟一幕。

原因是這些VR頭顯硬件廠商多半是在使用現有的已量產元器件DIY一套VR、AR硬件解決方案,稍稍優化下延遲、做套UI和store,再套上個打扮精美的眼鏡盒,做產品的方式本質上跟山寨手機沒有太大的區別,最終落到實處,大量硬件公司PK的是品牌、PK的是誰能最快消化掉新出現的元器件,而高端的Oculus、VIVE、PS VR則上升到PK生態。

那麼真正引領VR、AR迭代升級的核心技術是什麼呢?綜合來看,gamelook認為有8個技術方向,其中一些方向科技界已取得瞭很大的突破,但因為其他幾個關鍵方向的落後,導致現有的VR、AR體驗還不盡人意。

下面gamelook就一一道來,說的不準確的請多包涵,如果您是關註VR領域的投資者如果看到以下方向的實力創業團隊、一定不要錯過:

超高清顯示屏:4K很快實現、8K也不遙遠

現如今,最影響VR體驗的關鍵技術是什麼?Gamelook首先送給VR頭顯的顯示屏。

目前無論是Oculus、VIVE、PSVR都隻能實現單眼1080P、雙眼勉強達到2K的分辨率,稍關註手機設備的同學會註意到一個詭異的現象,就是目前主流的智能手機的分辨率也是2K,事實上PC/主機VR所廣泛采用的OLED顯示屏與手機廠商采用的顯示屏是一個標準,本質上來看,獨立頭顯相比智能手機在成像質量上沒有差別。

造成移動VR圖像質量差於獨立頭顯的原因是,獨立頭顯是為VR定制的,在同樣性能的屏幕使用上獨立頭顯更為科學、實現的VR視場角更大罷瞭,目前來看,以VR頭顯較低的出貨量還不可能出現所用屏幕元器件高於智能手機平均標準的情況,像市場上出現的號稱5K怪獸級的VR頭顯,本質上並未提升多少畫質、增加的是視場角,但畫面模糊視場再大有個鳥用,畫質關鍵要看屏幕的PPI。

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要模擬人眼有效視場角內的圖像清晰度,根據AMD的測算,屏幕需要達到單眼16K的分辨率,而目前三大頭顯的單眼分辨率僅1K,差距還有16倍。從VR設備升級的方向來看,gamelook認為最為標準的升級路線是單眼2K、4k、8k,每一代產品間隔2-3年的時間。從現在已出現的量產智能手機來看,SONY已發售瞭4K分辨率的智能手機、兌現到VR其等於單眼2K分辨率,而隨著未來1年內4K屏開始迎來大量出貨(希望國內手機廠商不再提什麼4K屏性價比),那麼VR將迎來一次關鍵性的畫質升級。

如果說單眼16K是最頂級畫質、甚至堪稱浪費,那麼8K能叫非常優秀,4K已經叫優秀,在gamelook看來,VR達到單眼4K畫質是將是步入成熟階段的標志,而目前從OLED的技術工藝來看,已具備很強的可行性。據媒體報道,富士和納米電子研究機構IMEC的合作實現瞭全彩OLED的光刻膠(photoresist)技術,有望將OLED屏幕突破1000PPI,IMEC研究人員已樂觀估計實現手機屏幕8K分辨率的可行性。

在這裡gamelook談下光刻技術,目前intel公司正在突破10納米芯片生產工藝、運用的正是光刻技術,而OLED達到8K屏幕的像素密度距離是多少呢?15μm,而15μm=15000nm,采用光刻技術,未來屏幕分辨率未來的提升的速度也許會比我們想象的要快的多。

光場成像技術

實現更加接近人眼的虛擬環境,一個很重要的技術方向就是光場成像,這也是全球估值最高的AR公司Magic Leap公司的看傢本領,而Magic Leap公司為瞭兌現這個概念,不同於VR的硬件同行,他們自行開發最基礎的元器件,這也是他們牛的地方,也是全球最值得期待的創新,所以公司員工人數超過瞭1000人。

但gamelook需要強調的是,光場成像並不能有效解決圖像分辨率的問題,也許這句話說的不完全準確,圖像的質量依然得看類似的顯示屏的突破。光場形成圖像的原理,較多媒體都提到瞭Magic Leap借用瞭醫用內窺鏡的成像原理,說的簡單點,就是一個投影儀,隻是Magic Leap把這個投影儀元器件做的足夠的小,甚至用到光纖傳輸圖像,但生成圖像gamelook認為其還是在使用成熟的LCD、LED來實現,而隻要使用這類技術又回歸瞭第一個問題:像素密度的提升、PPI的提升。從Magic Leap之前放出來的多段演示視頻來看,Magic Leap並未能解決圖像質量的問題。

光場成像最重要解決的是虛擬圖像對人類的真實性,技術上來說,它實現瞭三樣東西:立體視差、動態對焦、運動視差,有瞭這三樣圖像才算真正騙過瞭人腦,用戶在身處虛擬世界的時候才不會認為假。

光場成像毫無疑問對VR/AR來說是革命性的、算得上核心技術,但在gamelook看來,對已經實現3D空間建模的VR遊戲來說,光場卻未必是必備項,依靠遊戲引擎的實時渲染、和眼球追蹤可以通過變通的方式來忽悠到大腦,因此光場對遊戲來說是一個體驗的增強功能。不過,光場對於AR增強現實應用來說,卻是非常重要的功能,如果不能與現實場景有效融合,AR體驗將非常古怪。

眼球追蹤及圖像算法:對VR遊戲至關重要

上文提到瞭光場,其中提到瞭光場實現立體視差、動態對焦、運動視差,而要實現光場成像,一個最基礎的技術就是對用戶的眼球追蹤。

眼球追蹤看似比較高大上,其實實現的原理也是很簡單的,就是通過攝像頭捕捉人眼瞳孔的位置,這個其實目前已經有手機應用實現瞭這個功能,gamelook推薦大傢到appstore下載一個老外學生團隊做的app,名叫:i3D,基本展示瞭如何捕捉眼球的原理和實際效果,隻是這個app較為簡陋捕捉的是人眼的位置,而不是瞳孔的精確位置。而眼部追蹤,在用戶體驗研究領域已經有瞭現成的眼動儀設備,國內一些大的遊戲公司都有裝備。

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在眼球追蹤技術方面,國外有一傢代表性的德國公司,名為SensoMotoric Instruments(簡稱SIM),成立於1991年,是一傢眼球跟蹤技術老牌公司。SIM的眼球追蹤工作原理是使用紅外線發射器包圍每一個鏡頭的邊緣。紅外線人眼不可見,但會被安裝在頭顯內部的兩個Omnivision 250Hz相機傳感器收集。使用SMI專有的Oculus跟蹤SDK可以告訴計算機當前用戶聚焦的具體位置。所有這些信息由硬件和軟件在低於2毫秒的時間裡處理完成,不但流暢,最為重要的是很精確。

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基於精確的眼球追蹤,SMI提出瞭Foveated rendering漏鬥渲染技術,旨在讓計算機重點處理用戶眼睛所關註的畫面。當你觀察一個物體,事實上隻有一部分是完全清晰的,大約在你視線中心的10%~20%范圍,然而周邊視覺是越來越模糊。使用眼球跟蹤結合Foveated rendering技術能夠隻渲染你看到的全部畫面的一部分,但關鍵的地方在於它速度必須要快,快的連用戶不會察覺到它,否則會有一堆模糊的區域在追趕你眼球所到達的地方。適當使用foveated rendering技術,SMI可以讓圖形性能提升至“2~4倍”,有效減輕瞭GPU的負載,這項技術對VR遊戲來說至關重要,畢竟遊戲是實時渲染、尤其是3D遊戲隨著畫質的提升渲染圖像將成為VR遊戲不可能完成的任務。

通過3D遊戲引擎空間建模來模擬光場成像、結合眼部追蹤、foveated rendering,可以說即使沒有Magic Leap的存在,遊戲產品也能達到以假亂真的最真實體驗。

高速無線WIFI技術

現如今Oculus、VIVE、PS VR頭盔都有一個重大的BUG,那就是頭上一堆纜線,極影響用戶體驗,為什麼不能廣大用戶普遍默認的無線傳輸的方式,原因出在無線WIFI的數據傳輸速度上已滿足不瞭VR的數據傳輸要求。

目前1080p高清格式需要傳輸速度為2.2Gbps,能滿足如此高速圖像傳輸的隻有HDMI接口,依靠現有的WIFI和4G技術很難把圖像實時傳輸到VR頭顯或手機上,而沒有高速的傳輸,無論是用戶觀看VR視頻、還是遊戲都存在數據傳輸的瓶頸,必須犧牲圖像的質量,而隨著VR圖像可預見的繼續提升畫質到4K乃至8K,無論是圖像的無線傳輸、還是圖像的編解碼難度還將進一步的加大。

先不談無線通信網,哪怕隻要實現室內的WIFI高速數據傳輸,那麼VR頭顯就可以去掉那一堆線纜,可惜從目前來看,5G無線傳輸也隻是剛夠目前的VR硬件的數據傳輸要求。從目前的技術條件來看,獨立VR頭顯的一把線短時間是剪不斷瞭,對移動VR來說、高質量的在線VR視頻短期還難以實現,更多隻能靠用戶提前下載。

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高速無線傳輸的難題如何解決呢?得看華為、中興、思科這些通信設備商的研發速度瞭,從目前科研人員的實驗成果來看,intel本月剛展示瞭使用WiGig標準的WiGig VR設備,而WiGig可實現7G的傳輸速率,但延遲問題還有待解決。

體感技術

在虛擬現實環境中,用戶看到自己的雙手、能用自然動作進行交互隻能依靠體感技術。

現如今,可以說VR核心技術中最為成熟的就是體感技術,無論是VIVE率先實現的激光定位、還是PS、xbox kinect、Wii較早實現的體感技術都可以成熟的實現用戶所需要的體感功能。

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在這個領域,對VR/AR硬件來說,最迫切需要的是低成本的體感技術,這裡已經炒作瞭數年的Leap Motion毫無疑問是一個現有的最佳選擇。而Leap Motion經歷瞭一輪低於預期的發售之後、也開始日益重視其在VR/AR應用環境中的使用,過去一年一直在這個VR領域發力,其高管曾表示,未來Leap Motion主要賣體感模塊、單個售價5美元,可以跟廣大的VR硬件公司合作,目前國內暴風魔鏡5 plus已采用這項技術,不過gamelook實際測試下來Leap Motion的體感準確性、相應速度還有待進一步提升。

在gamelook看來,現在比較奇葩的是,體感技術的多樣化和復雜化,除瞭現有的手柄之外,現在比較出名的體感設備有Virtuix Omni的跑步機,Thalmic Labs公司推出的捕捉人體肌肉信號的MYO腕帶,Manus公司的體感手套,還有日本各種體感成人玩具。隻能說在體感這條道路上,蘿卜青菜各有所愛,用戶各取所需,但一個標準化、廉價、具高精準性操控的體感方案對行業更為重要。

實景3D建模

實景3D建模其實是一項發展比較久的技術,最早主要運用於軍事、遙感測繪領域,而隨著AR的崛起,尤其是Magic Leap、微軟大力推動AR,民用AR極其迫切的需要實景3D建模技術的突破。

在這裡,gamelook推薦一個比較牛的歐美公司,PIX4D,這傢公司主要是地產、建築行業服務,筆者第一次見到這傢公司的建模演示還是在大疆的新品發佈會上,其通過無人機航拍可以快速對城市、建築進行3D建模,看完那個效果簡直驚呆瞭。

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而對AR來說,需要的是實時、高速、準確的真實場景的3D建模,在快速形成的真實空間模型上、疊加虛擬圖像,二者結合才會是最佳的AR體驗,像pokemon Go這樣的低質量AR效果顯然是不合格的。很有意思的是,Magic Leap公司剛剛收購瞭一傢由兩位清華畢業生創建的3D建模公司,看來中國團隊在這塊並不落後於海外同行。

建模的重要性毋庸置疑,在AR重要的應用場景上,尤其是電子商務、地產、醫療、科研、軍事等領域,急需要這項技術的突破。

GPU與CPU與存儲

再來說說制約VR/AR的一項核心技術,就是芯片瞭,包括GPU、CPU、存儲芯片,圖像渲染靠他們、存儲超大容量的VR遊戲、VR視頻得靠他們,目前來看,GPU對VR來說瓶頸更為明顯一些,尤其是是智能手機上體現的更為明顯,目前GTX970、GTX 1070這些VR入門獨立顯卡售價依然在2000元以上實在是讓用戶很受傷,性價比非常重要。

高容量電池

對VR設備、尤其是移動VR來說,沒電玩個球。高能量、低重量的電池勢在必行,以目前的SONY 4K手機來說,開啟4K播放視頻手機隻能支撐2-3個小時就宣告沒電,這還隻是播放視頻,如果運行VR遊戲耗電量還得飆升。

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