增强现实技术助力智慧交通新基建-江涛博士

2020-12-15

2020年11月18日,Realize Medical公司宣布在其医疗虚拟现实(VR)平台“ Elucis”中发布其新的集成远程网络协作功能。医疗保健和教育领域的用户现在可以在Elucis协作VR环境中与他们的同龄人会面——而Elucis环境提供了一种安全的解决方案,让人们可以在新冠病毒大流行的封城期间传输、分享3D内容。借助Elucis,不同用户可以一起接入虚拟共享环境,并同时创建和编辑医学图像中的3D模型。通过将项目数据库存储在网络驱动器或机构认可的云存储驱动器上,只需单击一下鼠标,便可以实现内部远程协作。 Elucis还允许导出项目,从而使用户可以与外部进行协作并安全地共享工作[1](如Figure 1所示)。

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Figure 1: 工作人员通过Elucis接入虚拟共享环境,共同实施病理器官手术

虚拟现实平台Elucis反映了AR技术在“远程协作”功能上的一个典型应用。事实上,由于无法让消费者埋单,AR设备从2017年起,开始转向需求更为明确的企业市场。经过数年的产品迭代和市场教育,AR设备在教育、工业、安防等垂直行业逐渐站稳脚跟,吸引到越来越多的政府和企业客户。而在2018年之后,行业对AR需求在工业领域慢慢收敛到两个核心场景:一是远程协作,二是可视化指导培训。在安防、旅游等领域,AR的作用也类似,主要通过图像识别,给使用者提供额外的信息,包括人的身份信息、博物馆展品的介绍等。AR技术在行业领域的稳健发展反衬出AR技术在消费领域的弱势:(1)第一代谷歌眼镜1500美元的售价、极为有限的功能和过短的续航时间等,使其在2014年量产进军消费市场时出师不利,迅速成为行业“先烈”。(2)获谷歌和阿里巴巴投资的明星AR企业Magic Leap成立七年、烧掉20多亿美元之后,才在2018年拿出首款面向消费者的AR眼镜Magic Leap One。这款售价2295美元的产品在上市之初就遭到媒体恶评,导致产品积压,公司融资受阻,创始人下台。

造成两个应用场景中AR技术发展趋势此消彼长的根源,(1)内因在于AR技术的发展成熟度,(2)外因则是行业领域、消费领域有着完全不同的底层逻辑。

首先,是AR技术发展成熟度问题。现阶段的电池技术、芯片能耗、穿戴体验等方面,会限制AR设备使用的范围,使其难以普及。在中国发展高层论坛2017年会上,苹果CEO库克表示“AR技术的成熟有赖于传感器、显示、电池等领域的共同演进,AR当时处在起步阶段(Phase 0),还看不到巨大的突破”。也正是由于这些关键系统组件的不成熟,导致当前的消费级AR设备多为分体式设计:眼镜负责显示AR影像和视频采集,并通过数据线与外置的电池和计算模块相连。这种分体式设计显然限制了AR设备的便携性,注定了它短期内无法在消费领域普及。

其次,消费领域、行业应用领域各自不同的底层逻辑,造成了AR技术在两个市场分别采取了不同的产品计划路线。(1)消费领域产品的底层逻辑侧重于“用户体验”。可是由于当前阶段的电池技术、芯片能耗、穿戴体验等方面的短板,致使消费级别的AR设备存在如下缺陷:没法长时间佩戴,还会遇到出汗、难以更换电池等问题。在手势识别方面,多安装一个3D摄像头不仅增加数千元成本,还会增加耗电和用户的学习成本。因此在消费领域内,传统科技巨头苹果、谷歌等近年悄然将AR技术的重心转向软件以待风起。(2)而行业领域产品的底层逻辑则在于“降本增效”:如果你是一家制造企业,这个设备可以提升你产量的1%,就是1000套HoloLens,你也会买。而且侧重于行业应用的产品基本上多为专用性产品,只需满足特定场景的具体任务,因此在功能选择、硬件配置、工业设计上要专注、取舍、克制。也就是说行业应用“降本增效”的底层逻辑关注的是性价比,虽然方案可能不完美,但只要整体方案可以节省成本,带来效益成倍的提升,企业就愿意去列装。而这也是为什么AR设备在教育、工业、安防等垂直行业逐渐站稳脚跟,吸引到越来越多的政府和企业客户的原因。

行业应用领域的底层逻辑,恰好为AR技术在其它新兴行业的应用指出了一个潜在的方向,譬如智慧交通的新基建方面。

智慧交通领域存在以下四个核心诉求[2]:

(1)安全。在安全方面,在人工智能系统的协调控制下,人、车、路将会进行实时交互,交通事故概率将会显著降低;而且无人驾驶时代来临后,酒驾、路怒症、闯红灯、疲劳驾驶等问题将得到根本解决。

(2)便捷。在便捷方面,现行交通系统缺乏系统性、协调性,不同交通方式未能发挥联动作用。以换乘为例,地铁站和公交站设置不合理,导致人们换乘需要付出较高的时间成本;而应用人工智能技术后,将通过对各类交通数据的整合与分析,对城市交通流量变化进行预测,帮助交通运输运营企业更好地设置公交及地铁站点,合理安排路线等,给人们的生产、生活带来诸多便利。

(3)高效。智慧交通系统可以实施整体性优化,通过“智慧交通大脑”协调各方资源,帮助人们制订更为科学合理的出行方案,提高交通路网承载能力及交通运行效率。

(4)以人为本。“以人为本、为民服务”是智慧交通创造价值的根本途径,满足人民日益增长的美好生活需要是建设中国特色社会主义的必然选择;而交通作为一个高频刚需需求,会对人们的生活水平与质量产生直接影响。在智慧交通系统中,人的需求将会得到充分尊重,系统会从城市整个交通生态角度上配置资源,以人为本,实现人、车、路之间的高度和谐。

围绕智慧交通领域的上述四点核心诉求,秉持着行业应用以“生产效率”为核心的“降本增效”的底层产品逻辑,AR技术将有望通过更加高效便捷的人机交互方式,将智慧交通智能基础设施的路网全域感知信息,导入到智能驾仓,直接提升司乘人员的驾驶体验。

在《碟中谍4》中,宝马i8概念车的车前挡风玻璃上的影像不仅可以显示导航信息,还能在肉眼未见前,超视距地显示出前方路面出现的行人和障碍物,而触控操作更是令人炫目(如Figure 2所示)。事实上,倒车可视、HUD、全景影像等都是AR技术在汽车领域的成熟应用。

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Figure 2: 宝马i8概念车的AR HUD,车前挡风玻璃上可以现实导航信息

可即便是《碟中谍4》中近似于科幻的AR HUD(基于增强现实技术的抬头现实设备),在我国正在大力发展的智能网联汽车面前仍然保守的像个小弟弟:因为智慧交通新型基础设施建设能提供路网的全域智能感知信息,这将使汽车操作的自动化程度、安全程度提升到一个崭新的高度。自动驾驶目前需要有三大基础设施:

一是智能网联汽车,是指搭载了先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合现代通信与网络技术,实现车与车、车与路、车与人、车与云端(就是服务器)、智能信息的交换、共享,具备复杂环境的感知、智能决策、协同控制等功能,可实现安全、高效、舒适、节能行驶,并最终实现替代人来操作汽车的新一代汽车。

二是要给智能网联汽车提供各种各样的信息,通过“5G+北斗”构建的车联网,来实现V2车路、车与周边环境协同,对智能网联汽车提供精准时空位置服务的一种泛在的信息网络,车联网是这样一种信息网络。

三是自动驾驶高精地图。地图也是基础设施吗?是的,我们国家将来变成智慧的地球、智慧的区域管理等等都是要依赖地图的。对自动驾驶地图来说,高精地图含静态信息就跟现在的地图一样,如道路的形状和它的类型,可以控制弯道的车速,而进入高架桥下面或者隧道里面就会自动启用惯性导航系统来弥补北斗这个导航系统的不足。

借助智慧交通新基建带来的路网全域智能感知信息,能极大满足智慧交通领域四个核心诉求中的“安全”、“便捷”、“高效”,唯独缺少了“以人为本”这个关键因素——因为如果路网全域智能感知信息只能在车载操作系统后台参与汽车自动驾驶的话,虽然默默无闻的提高了交通的运行效率,但用户是无感的。为了让用户能有效的感觉到智慧交通带来的便利体验,智慧交通新基建所提供的智能信息必须介入到人机交互的过程中,必须冲击到用户的“眼睛”和“耳朵”中去,这就需要一个有效的人机交互媒介——而AR HUD就是这样一种非常恰当的人机交互设备。从这个意义上来说,AR HUD可以有效助力智慧交通新基建。而在后续的产品原型概念设计中,则必须谨记“行业应用产品”和“消费领域产品”不同的底层产品逻辑,既能为厂商降本增效、又能顾及用户体验。在这个过程中,通过智能网联设施向智能汽车的AR HUD接入哪些信息对用户最有用、最有视听冲击效果?自动驾驶高精度地图以怎样的方式介入到用户的驾驶行为?这些都是有意义的课题。



References

[1] S. Sprigg, Realize Medical releases remote collaboration feature for its ‘Elucis’ VR platform for 3D content creation and sharing | Auganix.org. [Online]. Available: https://www.auganix.org/realize-medical-releases-remote-collaboration-feature-for-its-elucis-vr-platform-for-3d-content-creation-and-sharing/ (accessed: Dec. 1 2020).

[2] 赵光辉, 重新定义交通:人工智能引领交通变革, 1st ed. 北京: 机械工业出版社, 2020.