20世纪末,虚拟现实跌入低谷,今日不同往时。这不是一篇观点鲜明、个性十足的文章,而是简要介绍了虚拟现实发展。文章开头给了Oculus产品的一个特写,然后切入正文。首先,介绍了虚拟现实idea来源以及其中的核心人物。然后,谈到了以前之所以跌入低谷的原因并指出了虚拟现实实现过程中的困难。接着谈到了产品切入点,以及一些批评意见。文章对虚拟现实前景持谨慎乐观态度。
上面这段视频很炫酷吧?这当然由虚拟现实公司Oculus制造的一种幻觉。真实场景是,一位记者头戴滑稽的设备,手握一副控制器,置身于德国电子游戏交易会的全黑隔音房间里。但是从里面而言,(虚拟场景)惊人地逼真。用户被细腻世界环绕着。扭头的话视野也随着头的转动产生应有的变化。如果移动控制器,在模拟情景中,一双虚拟的手臂和手动作与其一致。脱离现实的脑袋是另一个房间 Oculus员工的,他也沉浸在计算机产生的同一个环境中。桌上的(虚拟)积木遵循物理规律,可以堆叠可以推倒就像真实世界的积木一样。在一位虚拟现实的狂热者口中,这个效果「就像是把你的脑袋伸进虫洞,通向某个完全不同的地方。」
矩阵代数
上世纪50年代以来虚拟现实的想法——建立一个由计算机生成的逼真世界来取代这个无聊的陈旧的真实世界——推动了科幻小说和电影的发展。上世纪90年代,随着电脑的普及,一些大公司试图借助头盔作为实现这个想法的初步尝试。他们失败了。那时候的电脑无力产生逼真的体验。用户感到恶心头疼,装备又贵又笨重。尽管在一些工程和科技领域有了一些虚拟现实的应用,电子游戏领域的消费者版本的虚拟现实不过是明日黄花。但现在,一家家公司确信,信息技术,软件也好硬件也罢,已经足够先进,能够再做尝试。他们坚信,他们新版的改进过的虚拟现实将会改变一切——从电子游戏到社交媒体,从电影到教育。
坐落在加州门洛帕克市的Oculus是虚拟现实复兴的象征,部分因为它首次展示了值得相信的头戴式设备(技术),也有部分原因因为它神化地崛起。公司创始人22岁的Palmer Luckey自少年时代就曾收集老式虚拟现实头戴式设备并在父母的车库里摆弄它们。处于对它们现有的局限性的失望,他自己搞了一副头戴式设备,在2012年转向众筹网站Kickstarter以期获得25万美元的投资。当时的想法是向一个小众的虚拟现实爱好者社区兜售这些设备。
其中有个人叫John Carmack,是传奇性的电子游戏和图形程序员,他对Luckey的头戴式设备做了些改良,并在2012年的一场游戏大会上以合集视频加以演示。部分得益于Carmack的传道(他现在是Oculus的首席技术官),Luckey在 Kickstarter上的项目最后募集到240万美元,然后他就从大学退学全心扑到他的梦想之上。2014年他所做的事情引起了Facebook创始人Mark Zuckerberg的兴趣,Zuckerberg花了20亿美元收购了 Oculus 。
明年年初Oculus计划发布Rift头戴式显示器。但有此野心的公司并非仅此一家。Sony的产品,名叫Morpheus,也将在差不多的时间发售。美国一家大型电脑游戏公司Valve和台湾智能手机制造商HTC计划在今年晚些时候联合推出Vive。其他一些不太知名的公司也在开发类似的产品。与此同时,谷歌和三星也在试水,计划制造能让人们能够将智能手机变成简单的虚拟现实的头戴设备的廉价的设备。
每个公司都希望自家的头戴式设备能成为极客尝鲜者中最畅销的消费品。到目前为止还没有人公布定价,估价大约几百美元可以买一个完整的头套。这一定价在那些会被虚拟现实吸引的人的力所能及的范围内,一些人认为它将会成为消费电子产品中的下一个里程碑。旧金山一家咨询公司Digi-Capital猜测,到2020年虚拟现实市场将会价值每年300亿美元,当然这建立在人们真的想买的基础上。
很对人将上世纪90年代虚拟现实失败的原因归咎于当时的电脑不能够创造出足够好的画面来说服用户他们置身另外一个世界。Oculus的首席执行官Brendan Iribe不同意。他坚信高质量的画面不是打造完美虚拟世界的最重要一环。「你得记着,虚拟现实技术实际上是对人类感官系统的黑客入侵。上世纪90年代黑客技术笨拙而又不精巧。现在要精巧得多。」根据Iribe描述,有三样东西使之成为可能。现在超强的计算能力带来的更好的图像当然是其中之一。但是更好的屏幕和传感器的改善以了解用户目前正在做什么更为重要。
如果一开始你没有成功
从屏幕开始。目前研发中的头戴设备有两块微小的高分辨率的液晶显示器,一只眼睛一个。计算机创造出场景,每块屏幕为其负责的眼睛呈现出部分画面。这是个老把戏,所谓的立体感,这一技术利用了人脑借助左右眼看到的画面之间的差异形成深度感知这一点。通过恰当地给不同的眼睛呈现不同的画面,就能够骗过大脑让它觉得自己是在看一个完全立体的世界。
但想要让这种幻觉舒服,更难了。确实人们能乐于忍受电视屏幕上画质糟糕、动画不连贯的画面。(标准电视的分辨率很低,美孚滑脂大概30万像素,每秒显示不超过30帧。)但是电视屏幕不过是更大环境中的一部分。但当屏幕上的画面充满观众的整个视野时,事情就没那么简单了。
低帧频,意味着物体断断续续而不是平滑地移动,这是导致「虚拟现实综合征」的原因之一——类似晕动病的折磨,让人吃不下饭。并且,因为虚拟现实头置设备上的屏幕离穿戴者的眼非常近,低分辨率使得我们看得见一个一个的像素,这会打破那种视觉真实的幻觉。
为了对付这些不良效应,Oculus,Sony以及 Valve厂家出产的头戴式设备,每个图像都有2百万至2.6百万像素,两只眼一边一半,并且这些图像一秒钟刷新90-120次。但是即使这样,也不能完全消除虚拟现实综合征的 症状。标准LCD 运动物体的每一帧都保留在屏幕上,直到下一帧出现。图像在技术允许范围内会尽快被替换。具体虚拟现实综合综合装的起因尚不得知、但也许一些有关脑处理加工图像速度的因素会导致恶心的感觉。 虚拟现实工程师发现在每帧图像之间插入延续约2毫秒的短暂存在的黑色帧,对于消除头晕症状很有帮助。这种空白帧显示时间短到人脑不能意识感知到,但它们使运动看起来更平滑,也是人不至于头晕反胃。
满足VR效应所有需求是很困难的。但有机电致发光二极管屏幕的发展,促使了新一代头置设备的诞生。它具有高分辨率,能快速自我更新,体积足够小而轻,方便用在头置设备上。在价格上也足够便宜,消费者支付得起。但是VR的另一个要求是,计算机运行的场景必须注意到使用者的头部位置,这样它才知道场景的哪一部分显示在屏幕上。VR头置设备因此应用混合的摄像头、小型陀螺仪、以及加速器来追踪用户动态。 这些传感元件必须以每秒钟上百次的速度反馈给计算机,而图像必须尽快反映新的信息的更新。哪怕一点微小的延迟,都会使用户头晕。几年前还没能有如此快反应的传感元件。事实上,虚拟现实行业的先驱,比如 Mr Carmack 需要请人特别制作这种零件。有了这种追踪技术公司才能够在此基础上开发给用户使用的控制器,从而为用户创造出可以和实物一样上下左右移动的虚拟双手。追踪技术甚至可以追随人体运动,这意味着他可以在虚拟场景里像在真实世界里一样地走动。