沉浸感:未来虚拟现实革命的必由之路-丁茹博士

2021-12-23

虚拟现实是信息技术领域里程碑式突破,有望成为继计算机、智能手机之后新的通用计算平台,并将成为电子信息领域最受关注的产业之一。同时,虚拟现实技术的出现不仅在实用角度上展现了技术的内在魅力,而且改变了人类认识世界和改造世界的方式,必然会深刻地影响人类社会的未来。

一、关键技术不断取得突破

  近年来,我国虚拟现实产业快速发展,相关关键技术进一步成熟,在画面质量、图像处理、眼球捕捉、3D声场、机器视觉等技术领域不断取得突破。工信部电子信息司副司长吴胜武表示,今年5G牌照的发放为虚拟现实技术在更广泛领域的应用开辟了新天地,预计2021年我国的虚拟现实市场规模将达544.5亿元,年复合增长率达91.2%。未来,虚拟现实产业将呈现以下发展趋势:

1. 云虚拟现实加速

在虚拟现实终端无绳化的情况下,实现业务内容上云、渲染上云,成为贯通采集、传输、播放金流程的云控平台解决方案。其中,渲染上云是指将计算复杂度高的渲染设置在云端处理。

2. 内容制作热度提升,衍生模式日渐活跃

硬件设备的迭代步伐逐步放缓和VR商业模式的进一步成熟,内容制作作为虚拟现实价值实现的核心环节,投资呈现出增长态势。衍生出体验场馆、主题公园等线上线下结合模式,受到市场关注。、

3. 虚拟现实+释放传统行业创新活力

虚拟现实业务形态丰富,产业潜力大、社会效益强,以虚拟现实为代表的新一轮科技和产业革命蓄势待发,虚拟经济与实体经济的结合,将给人们生产方式和生活方式带来革命性变化。

4. 硬件领域将成为主战场

目前国内的虚拟现实产业还处于起步阶段,尚未形成明确的领跑者,参与到虚拟现实领域的企业大幅增加,主要集中于硬件研发及应用配套领域。

二、VR产业持续进入爆发时期

目前全球虚拟现实行业的企业主要分布在头戴设备显示、输入及反馈设备、全景摄像设备、内容制作和行业应用领域。在企业竞争格局上,主要是行业巨头搭建生态骨架,中小型创新公司是技术与内容主要来源。硬件厂商和平台搭建者通过投资和合作开发等形式打破软硬件、渠道和内容之间的壁垒,构造VR生态闭环。中小型创业公司在头戴设备、输入外设、内容制作工具、游戏研发、影视制作、工具软件研发等方面形成细分专业领域。

1. 虚拟现实产业规模极速扩张

我国VR行业从2016年开始发展起来,市场规模迅速增长.2018年行业市场规模达到108.3亿元,比2017年增长了1倍左右。由于目前许多下游应用领域都还没有完全打开市场,预计未来几年仍将处于高速增长时期,到2020年市场规模将突破300亿元。

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图1 2015-2020年中国VR产业市场规模


2. 行业标准将成为市场竞争焦点

目前,虚拟现实领域尚没有形成成熟的行业标准,各个主要企业都在力推自身的设备接口和操作平台,抢占行业事实标准制高点。例如,在系统平台方面,谷歌推出Daydream平台,力图延续Android的推广策略,打造全新的VR生态系统;微软则借助Windows的市场优势,推出WindowsHolographic系统平台,欲把其打造成类似PC行业中Windows一样的地位。在硬件设备方面,三星、索尼、HTC等均闭环开发自己的硬件终端及周边适配产品,并通过与内容开发商合作或自己发布仅适配自身硬件产品的内容,逐步完善产品生态,抢占硬件设备接口标准。未来,VR行业的标准体系将逐步形成并不断完善,行业准入门槛将不断抬高,当前仅仅依靠低劣的模仿VR来盈利的厂商将会被市场淘汰,在技术领域有着核心竞争力的企业将成为VR市场的主流军。各大巨头将在各自领域继续发力,通过整合产业资源,围绕自身业务完善虚拟现实生态体系,角逐行业细分领域事实标准。

3. 软硬件技术大幅进步

随着技术逐渐成熟、移动智能设备不断普及和移动互联网进一步发展,虚拟现实硬件生产将逐渐实现产业化、规模化。包括目前国内领先厂商在屏幕刷新率、屏幕分辨率、延迟和设备计算能力等关键指标已经达到国际标准,其他方面的技术如输入设备在姿态矫正、复位功能、精准度、延迟等方面持续改善;传输设备提速和无线化;更小体积硬件下的续航能力和存储容量不断提升;配套系统和中间件开发也日趋完善,硬件设备的用户体验将逐步提高。

软件、系统和分发平台的发展是连接底层硬件和上层应用的纽带,是推动虚拟现实产业发展的核心,也是掌握产业发展制高点、完善产业生态体系的关键环节。目前Windows、Android系统已经能够较好地支持VR的软硬件、提供较好的体验,支撑消费级应用,而 Google、Oculus、Razer还都在开发VR专用系统。预计未来国内VR系统、应用都将跃上一个台阶;VR系统越发成熟,将会有更加适配VR设备的系统出现,系统兼容性也会逐步提高。未来,随着360°视频、自由视角视频、计算机图形学、光场等媒体技术的演进,三维引擎、位置定位、动作捕捉等交互技术的发展,虚拟现实软件技术将大幅进步,并将极大地推动虚拟现实产业发展。

4. 应用市场将同时向B端和C端延伸

虚拟现实作为一种新兴信息技术,未来,随着交互技术的发展和沉浸感的不断增强,将对社会生活以及各个行业领域产生深远影响。在C端市场,其与游戏、视频、直播等领域结合将开创娱乐市场新纪元,与电商消费领域相结合将塑造消费市场新格局。在B端市场,虚拟现实与工业、医疗、教育等行业领域深度融合将助力产业转型升级。例如,在智能制造领域,微软与Autodesk合作将虚拟现实整合到计算机辅助设计中,助力汽车设计和制造,为智能制造和工业4.0的推进提供了重要机遇窗口。随着软硬件性能提升和内容应用的不断丰富,虚拟现实应用市场将不断拓展,将从多个角度、多个层面渗入社会生产、生活的各个领域。

5. 集聚发展将成为重要产业发展模式

虚拟现实作为拥有完整产业链结构、产业边界明显的新兴信息技术产业,推动其集聚发展将成为推动区域经济增长的重要支撑。当前,我国各省市积极布局,加紧打造中国·福建VR产业基地、数字福建(长乐)产业园、青岛VR/AR产业创新创业孵化基地、中国·南昌VR产业基地、红谷滩新区VR产业园、中国郑州VR/AR孵化器、中国西部虚拟现实产业园、贵州省贵安新区VR产业基地、北斗湾VR小镇、光大We谷-东莞虚拟现实产业基地、中国·潍坊虚拟与现实文化产业园等虚拟现实科技和产业集聚区。未来,随着已建设产业集聚区的经济带动效应显现,将有更多地区建设产业基地、孵化器、小镇、产业园等形式的集聚区,推动虚拟现实产业集聚发展。

6. 2020年融资交易活动再创新高

截止到2020年,增强现实(AR)和虚拟现实(VR)市场的总投资已超过20亿美元(16.9亿欧元)。根据全球技术市场咨询公司ABI Research的最新报告,超过13亿美元用于AR和VR公司融资,超过5亿美元用于并购交易,涉及企业和消费者市场,以及硬件、软件和服务。在AR市场中,硬件在2020年被证明是一个重要且有吸引力的投资点,尤其是随着该市场持续增长,消费类硬件更是如此。MAD Gaze、Nreal、Mira、Magic Leap和North(已被谷歌收购)等一些AR/MR智能玻璃制造商在2020年获得了巨额资金。在VR市场,媒体、娱乐和游戏工作室诸如Thirdverse和Survios都取得了成功,专门从事培训的VR医疗保健公司OssoVR和Oxford VR也取得了成功。虽然技术上并不是融资或并购,但Unity的13亿美元的首次公开募股(IPO)彰显了强大的内容创作平台的重要性。企业平台提供商Librestream、AR软件提供商Augmedics、协作平台Spatial和AR营销创建平台Poplar都在2020年获得了超过100万美元的融资。苹果也积极参与软件和平台的收购,推出VR协作平台Spaces和VR内容公司NextVR。与许多其他行业一样,由于新冠肺炎疫情,AR/VR市场的并购交易和融资水平受到干扰,特别是在2020年第二季度。然而,在第三季度和第四季度,由于对市场有了更深刻的认识,以及对AR/VR解决方案所能产生的价值有了更好的理解和评估,融资活动有所增加。并购是一个市场健康和成长的指标,作为一种创造价值和扩大规模的方法,帮助企业在经济低迷时期恢复和保持竞争力,并拓展能力和未来可处理的市场

三、沉浸感:VR将对人类未来产生重大影响

从以上分析看,虚拟现实无论是技术还是产业,基本所有的研究报告都指向了一个观点,即VR很快就将实现普及。甚至有人从PC机、智能手机、IMAX电影等电子产品技术和产业演变历史中认为,VR就像前几类产品一样,很快就会成为下一代计算机平台。虽然这些观点都充满了争议,也不尽完全正确,但VR普及确实只是一个时间问题。

作为一种现实的技术存在,虚拟现实技术把人类的活动从现实世界扩展到虚拟世界,把“想象的现实”变为“现实的想象”,促进了人与技术系统的完美结合,从认识和实践两方面极大地拓展了人类的能力范围,为人类认识世界、改造世界提供了新的工具。虽然虚拟现实技术目前仍存在尚待解决的理论问题和尚待克服的技术障碍,对于人类生活所产生的巨大影响也不过初显端倪,但已经引起人们的广泛关注,人们探讨的视角也已经从技术层面延伸到哲学和文化层面,尤其是虚拟现实技术对人类社会的全面发展方面,提出了各种各样的预测和观点。本书的最后不打算探讨深奥的哲学理论,而是摘录国内著名的虚拟现实理论先驱、《有无之间》作者、中山大学哲学系翟振明教授在《哲学研究》2001年6月号的《虚拟实在与自然实在的本体论对等性》论文中的有关内容,作为虚拟现实对人类社会未来发展的一个参考。

第一阶段:从感觉的复制或合成到赛博空间中的浸蕴体验。

2001年:眼镜式三维图像荧光屏再加上立体声耳机被装在头盔上,用无线电波与计算机接通。

2008年:人们戴上传感手套后手臂、手掌、手指的动态形象在眼镜式荧光屏上出现,代替键盘和光标。

2015年:传感手套获得双向功能,根据计算机的指令给手掌及手指提供刺激产生触觉;视觉触觉协调再加立体声效果配合,赛博空间初步形成。

2035年:压力传感手套扩展至压力传感紧身服,人的身体的视界内部分的自我动态形象在赛博空间中重现。人们感觉到自身进入了赛博空间,此空间以自己的视界原点为中心。

2037年:传感行走履带或类似的设施与人的两腿相接从而给计算机传送人的行走信号,从而给“不出门而走遍天下”创造了一个必要的条件。

2040年:整个人体的动态立体形像与环境中的其他物体形象相互作用,由此产生相应的五官感觉输入。

2050年:录触机进入实用阶段,利用压力传感服等装备人们可以录制、重放触觉。

2060年:赛博空间与互联网结合,上网即进入赛博空间,与其他上网的人进行感觉、感情的交流,远方的恋人可以相互拥抱。

2070年:通过编程控制,人们可以在一定范围内选择自己的形象及环境的氛围,改变感觉的强度。

2080年:通过感觉放大或重整,人际交往的内容、感情交流的方式得到巨大的充实、改善。

2090年:在赛博空间中的交往成为人们日常交往的主要方式。

第二阶段:从感觉传递的交往过程到遥距操作的物理过程。

2100年:遥距通信技术与机器人技术相结合,浸蕴在赛博空间的人的视觉、听觉、触觉等由远方机器人提供刺激源。

2150年:机器人不但给远方的浸蕴者提供感官刺激界面,而且重复浸蕴者的动作主动向遇到的物体或生命体施加动作,完成浸蕴者想要完成的任务。

2180年:遥距操作发展到集体合作的阶段:由不同的浸蕴者控制的机器人替身一起完成复杂的室内或户外作业。

2200年:遍布全球的机器人替身可与任何浸蕴操作者一一接通。人们无须物理上的旅行就可到达各个地方,完成各种工、农、商业的任务。

2250年:机器人分成不同大小和马力的等级,浸蕴者可在这些不同等级的替身之间自动换挡连接,根据需要而达到功率或动作的放大或缩小。

2300年:人类的大多数活动都在虚拟实在中进行。在其基础部分进行遥距操作,维持生计;在其扩展部分进行艺术创造、人际交往,丰富人生意义,通过编程改变世界的面貌。

2600年:在虚拟实在中生活的我们的后代把我们今天在自然环境中的生活当作文明的史前史,并在日常生活中忘却这个史前史。

3000年:史学家们把2001年至2600年当作人类正史的创世纪阶段,而史前史的故事成为他们寻根文学经久不衰的题材。

3500年:人们开始创造新一轮的虚拟实在……

这个时间表跨越了从2001年到3500年一共1500年的时间。1500年前,中国的敦煌石窟壁画,也许是人类最早的“全景”画作,而且这种最大限度利用四周墙壁和天花板的作画方式,使观众获得的沉浸程度,堪比当今的“洞穴”投影系统。那时的艺术家创作飞天的时候,他一定不会想到1500年后的艺术家使用虚拟现实手段再现了这一经典艺术形象,同样,我们也无法想象 1500后的世界会发生什么,但我们可以肯定的是整个世界已经发生了翻天覆地的变化。时代不同,历史不同,永远不变的是改变本身。人类对于未来的憧憬是相同的,对生活中美的追求是相同的。不管面对虚拟还是现实,我们这一代人有我们这一代的使命,在风口之际,踏上VR浪潮,就有可能像几十年来那些虚拟现实先驱那样,开拓了VR历史,同时成就自己。

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图2 VR的历史与未来