虚拟现实VS增强现实，未来的现实世界属于谁？
本文原载theatlantic，作者AVA KOFMAN，机器之心翻译出品，参与成员：叶雨溪、Rita、赤龙飞、Karalii、汪汪、罗康、孟婷、小力、曾?、李小鱼、奇、Viola。
在参与了美国二战期间包括曼哈顿计划在内的一系列科学研究之后，工程师Vannevar Bush把研究重点转向了一种反战主义的科学仪器上。
在1945年7月出版的《大西洋月刊》上，Vannevar Bush描绘了他的一个构想——一部可连接在普通眼镜上的头戴式照相机，可记录评论、照片以及科学实验数据。他这样写道：「想象一下未来实验室里的研究者，他的双手是自由的，他是不被束缚的……他（研究员）的照相机比核桃还要小，附在普通眼镜......这远非是普通的构想」，在许多层面上，Vannevar Bush的构想都是如今这些AR设备的先驱。
Vannevar Bush
几十年来，我们不断地发展AR技术来强化物理世界——每一次技术迭代都承诺要将物理世界变成一个虚拟世界的计算接口，但也只有在过去的几年里，我们的头戴设备才变得不那么硕大、笨重和昂贵，图像叠加技术也逐渐发展，不再局限在细细的线条内。
早在20世纪90年代，AR就被用来描述为电子设备辐射到物理世界的任何技术。它与VR不同之处在于，VR靠投影在你眼前屏幕上的立体三维来进行模拟，而AR是直接在环境中进行全息投影。 1990年，波音公司的装配工在组装波音777飞机的电线时就佩戴了一种可以直接叠加飞机机体的显示仪，这样可以节约组装过程中前后来回看的时间。1993年，现为乔治亚理工学院教授的Thad Starner制造了可搜索和录制信息的程序设备，成为该技术在流行和广泛应用前的先行者。
Thad Starner
在移动计算和图像处理技术的推动下，AR和VR都进化到可穿戴、便携且满足大众需求的产品。六十年工程技术的不断努力后，第一波满足市场需求的VR产品决定开始角逐消费者市场：上个月，Facebook旗下的Oculus VR表示Oculus Rift 将于明年正式面向顾客。同样的，HTC的Vive 和Oculus与三星联合打造的Gear VR也将于今年底抢占市场。AR设备可能会稍微略晚一些：两款备受瞩目的AR移动设备——Microsoft的HoloLens 与 Google的Magic Leap都还没有确切的发布时间。
不再是有先见之明的科学家、科幻小说家和工程师的专利产品，，AR和VR已进入大众生活，正在试图干涉人类看待世界的方式。沉浸在VR中意味着你无法不撞到墙的四处走动，或者看到你正在维修的飞机全貌，因此Magic Leap和HoloLens这样的AR设备更具备左右我们日常生活的潜力，甚至还有机会取代智能手机、桌面系统甚至整个桌子。Starner说，一旦他看到在现实世界中，用操作熟练的超个性化设备能够让他的生产力和影响力得到强化，他就对虚拟现实失去了兴趣。还有许多人也同样从虚拟现实转向增强现实，或者俗称的AR。
斯坦福大学的电气工程助理教授Gordon Wetzstein说：「AR真的可以无缝地集成到日常生活之中：例如沟通、工作、信息可视化、户外游戏等等，在几乎任何你能想出的各个领域……这将从根本上改变人与人交流的方式。」
目前，Magic Leap 还停留在秘密研发阶段，没有向外界公开更多细节。但是几个亲身体验过这款产品的体验者们表示，Magic Leap带来的震撼只能用「描述宗教体验的语句来形容」。Graeme Devine，是一位有着多年游戏设计经验的设计师，他表示尽管自己一开始对Magic Leap持怀疑的态度，他还是被说服去参观了Magic Leap的办公室。在那里，他见到了一些他以前从未认为可以实现的事物。「我认为我是一个懂些科技并且不会轻易被震撼的人。我在Apple工作（这个公司已经足够令人惊奇），但是当我亲眼目睹他们正在进行的创举，我马上就说，『我该如何参与进来？』 」
虽然不知道Magic Leap去年展示给了Google风投机构的是什么产品，但毫无疑问这些产品抓住了投资人的心，让他们印象深刻。去年十月，Google领投了Magic Leap一轮5.42亿美元的融资，使这家四岁的公司估值达到了20亿美元。Magic Leap的创始人和CEO，Rony Abovitz，在Reddit上公开宣称：「我相信人们会非常喜欢这种新型的计算设备（能力），它绝不会比他们理想中的移动设备差。」
Magic Leap网站上发布的图片彰显了他们的勃勃野心：一只小小的大象在一个人的手掌中嬉戏；孩子们为教室中悬浮的海马欢呼鼓掌；飞龙振翅越过紫色的天空。一篇特别的专利说明展现出Magic Leap的愿景：他们要将全世界变成一块触屏——同时又不需要屏幕存在。（就像他们正在申请的商标上的那句口号：「世界就是你的新银幕」）
微软已经暗示了AR设备的多种潜在功能，在4月份的开发者大会上，微软首次推出的应用包括教育、工作场所、手术室、实验室等。凯斯西储大学（Case Western University）的研究者们与微软合作，试图变革医疗教育和健康管理。例如，借助于HoloLens，它能够展示出一个全3D的还在供血的心脏模型，你还可以对它进行旋转，这将为有经验的外科医生和医学专业的学生提供重要的可视化线索。
在另一个令人激动的演示中，微软展示了HoloLens如何能使用火星车所收集的信息，让你感觉自己站在这个红色星球上。NASA计划今年夏天使用这个技术来控制他们的火星车。利用这个装置的手势命令，NASA的科学家还将能够相互协作。
无论是创业新贵Magic Leap，还是老牌巨人微软，他们所描述的一切，都像魔法一样，这真的可能成为现实吗？考虑到商业竞争和工业间谍，微软和Magic Leap对硬件细节严格保密，但是专利和商标文件显示，Magic Leap的技术是直接将光线投射到视网膜，产生的图像和你平时所看到的一样。Wetzstein解释道：这种方式能欺骗大脑，让它无法分辨光线是来自外界，还是来自于Magic Leap的微型光纤投影器。这样密集的光场显示，允许眼睛可以感知到不同距离的物体——创造出景深的感觉，使眼睛能聚焦在虚拟的物体上，就如同它们真的存在于现实世界中一样。与Google眼镜所形成的悬浮平面画面不同，Magic Leap的虚拟物体直接投射到周遭环境，所以看上去非常真实。
微软还没有确切的说明HoloLens如何将光照入人的眼睛，但Wetzstein发表的一些关于近眼显示的论文，披露了可以通过多种方法创造出与Magic Leap相似的光学效果。微软发布的技术说明称，HoloLens使用计算机传感器从现实世界采取即时数据，以确保其全息图象能准确融入周围的现实环境，一个定制的全息处理单元（HPU）负责以足够快地速度来获取并处理这些数据，从而避免视觉延迟。另外，除了上述的全息图像，这一设备还采用了双耳音频，即两耳能听到不同的声音，或是说 「空间的声音，」。换句话说，你听到的声音和声源与你双耳的相对位置有关。这样，你会真的能够听到巨龙朝你俯冲而来，怒吼声灌满你的右耳。
但在这些可能发生之前，AR设备仍然面临着许多障碍。其中最主要的是如何将这么多的硬件整合成一个无线的、轻便的头戴设备，其大小和价格应该和一副比较昂贵的太阳镜相当。换句话说，问题不再是是否能够将全息的图像与现实完美的融合，而是以什么样的成本，怎样完美实现这个理想。
Wetzstein说：「我已经试过了市场上所有类似的设备，我仍然觉得我们任重而道远……如果Magic Leap可以实现他们所承诺的效果，那将会是一个重大的改进。然而，AR面临着许多挑战，因为设备需要尺寸小且能耗低，而且还有许多光学、电子学和视觉效果的挑战。」他进一步指出，AR显示必须以图像的形式强有力地表现出「一种惊人的视觉体验」，与此同时还要保持小型、舒适和便携，从而让用户有穿戴它的欲望。
《麻省理工技术评论》的Rachel Metz记者曾试戴过这两款设备，她认为Magic Leap计划推出的目标产品的成像效果不如另一个版本，但后者的尺寸要大于目标产品。她表示，虽然微软已经在开发者大会上展示了HoloLens，公众也能了解到其大小尺寸，但Magic Leap对于自己产品的大小还尚未确定。
普渡大学计算机图形学助理教授David Whittinghill表达了自己的担忧，「很多数字设备的奇迹往往被一个因素制约，那就是能耗。你如何让电池为这些视频记录仪来供电？你如何做到小型化？你如何让它移动并且将重量降到人们可以随身携带的程度？」Wetzstein也指出，AR设备要想成为日常生活中的可穿戴设备，它还需要一个足够明亮的显示来在户外使用。但是话又说回来，显示越亮能耗越多。
此外，如何产生具有现实感的「幻象」并将他们自然地与周遭背景融为一体的难题一直存在。在头戴设备上，任何轻微的投影错位或时间延迟都可能让人产生不适，一点小问题就会让人对设备产生厌烦，而一次明显的错误背景映射会让人认为设备完全无法正常工作。计算机视觉正可以解决这些问题：头戴设备需要知道眼睛正看向何处何物，还必须能感知周围的真实世界，知道什么东西正在移动而什么东西保持静止。
然而即使虚拟的图像能成功地与物理世界正确对接，设备本身也达到了合适的可接受的大小，但AR的观感可能仍比不上VR设备中更宽阔的视野。尽管Demo展示了浸入式的AR体验，但实际上，头盔内的视野仍然限制在一个较小的窗口内。参加微软开发者大会的记者提到图像经常会跳出HoloLens的视野之外，而据《连线》杂志估计，这个范围大概在40度左右。
有些人形容HoloLens过窄的视野显示区域只有大约一台电视机尺寸大小，这无疑削弱了全息影像的体验，而另一些人则受「目光所及之处外围区域未经任何增强处理」导致的视觉断层困扰。Verge网站的Adi Robertson谈到他的理解：任何事物一旦移出视窗之外就消失了，所以对外围视觉的渲染就显得多余。Quartz网站的Alice Truong 称Hololens受限的视角为「隧道视觉的AR版」。
在NVIDIA公司负责近眼显示研究的David Luebke说，AR显示普遍存在的一个严重问题就是有限的视角。Luebke正在和美国北卡州立大学合作一项名为「点光显示」的项目，这种显示拥有100度的视角，也许隧道效应将不会成为未来AR设备的短板。但在实现该目标之前，Luebke相信VR设备所具备的宽阔视角使得其更可能成为日常工作或娱乐中的利器，比如取代传统立方体式的显示器。倘若能够在Oculus Rift所提供的完整视野下欣赏电影，谁还愿意费劲地看悬浮于眼珠子前一小块屏幕的视频呢？更何况万一距离不对，播放一半的电影将会突然消失。
鉴于上述困境，很难出现一家垄断的情形。Starner预计，相对于一家独大，用户们更愿意选择全套的AR与VR设备，可以实现不同分辨率下观赏需求，「比如视频游戏更适合大视野，而对医院的手术室、信息应用以及个人信息管理以及其他的一些应用，你只需要一个小视野。」
这些偏好表明未来的可穿戴设备需要满足：人们必须想要穿戴它们。谷歌眼镜的失败摆放在HoloLens和Magic Leap面前，成为它们需要面临的困境。早期的谷歌眼镜使用者都因公开穿戴这个产品受到了指责。（有位连线杂志记者因为长期佩戴Google Glass而被朋友称为「眼镜混蛋Glassholes」——译者注）
Magic Leap如果想要得到大规模应用，它不仅要像苹果手机那样吸引所有人的眼球，更要对那些没有穿戴这个设备的人完全无害。「如果你因为别人异样的眼光而不在公共场合穿戴谷歌眼镜，那谁又会在意它是否对你有害呢？」明尼苏达大学运动机能学的一位研究近眼设备运动伤害的教授Thomas Stoffrengen做出这样的评论，「AR可以减少这些问题，但这是否仍然会是一个社会问题，我们将拭目以待。」
微软公司首先想到的是推出一台不用长时间穿戴的设备——它将为专业研究提供便利——这也就有可能使这台设备比Magic Leap更加受欢迎。加州大学的一位专门研究早期可移动AR设备的研究人员Tobias H?llerer教授预测道「这些即将上市的设备的应用领域将会较为狭窄」——这也就意味着它们可能仅将用于处理那些智能手机不能完成的任务。
一些细分的商业市场——建筑师展示蓝图，游客参观古遗址，水管工建议维修——本身不会大规模使用，但他们至少会使社会有效开拓消费者的专业和个性化使用。
也许最有效的说明大众是否能接受头戴式设备的测试是Starner，他穿带个人计算机系统来改善生活的时间比任何人都长。1993年，Starner首次把笨重的个人电脑设备装在一个肩袋里，一位计算机科学家问他为什么想要一个移动电脑。Starner说,当他现今穿着更另类时尚的头戴设备时，人们会把他拉到一边问:「这是什么?我能试一试吗?我能买它吗?」当然，计算机和它们的科学家们，走过了很长路。
Vannevar Bush预测，半个世纪之后，可能真的「世界已经到达一个设备具有超高可靠性并且便宜而又复杂的时代，这些东西一定会到来。」
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虚拟现实与增强现实在工业应用的现状和发展
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10年前，建筑师们这样画图建筑师们要学习水彩渲染、工程字，手绘施工图，画错一个细节整幅图就要重画。现在，设计师们这样画图CAD、PS、SU用得炉火纯青，做好模型之后出册子给甲方汇报，没日没夜的对着电脑屏幕。5年后，设计师可能这样画图设计师们使用vr设备在虚拟空间里建模，建好模型后直接传送给甲方，甲方直接进入虚拟现实中体验设计，用户买房时可直接进入虚拟空间中体验房源可是，头盔好重造型好丑，戴久了脖子好酸头好晕。VR设备越来越小，设计师们可以这样画图了VR设备像手机一样越来越小，造型也逐渐变得酷炫起来。直到裸眼3d出现的那一天“你们为什么在跳舞？”“不，我们在画图，腰不酸了，腿不痛了，也不会得颈椎病了。”其实VR(虚拟现实技术)的出现已有一段时间，大家最熟悉的莫过于谷歌纸盒子，当然这只能算是一次试水，关于该技术仍有许多问题有待解决。那么，除了VR，还有AR、MR，你知道它们都是什么吗？什么是VR？搜索虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）这是利用电脑模拟产生的三维空间虚拟世界，提供使用者视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内事物。设备代表：Oculus（facebook收购）扎克伯格希望最终将Oculus的虚拟现实技术变成社交网络。但Rift最初主要用于游戏。这款设备将提供名为Oculus Home软件界面，这是该设备的核心，可以在那里浏览、购买和运行游戏，还可以与其他玩家互动。除此之外，该公司还将提供一个2D版界面，以便在没有眼罩时使用。简而言之，Rift是放置于你脸上的一个屏幕。开启设备后，它会欺骗你的大脑，让你认为自己正身处一个完全不同的世界，例如太空中的飞船上，或者摩天大楼的边缘。该设备有一天可以让你置身于实况篮球比赛的现场或者躺在沙滩上享受日光浴。整个社会对虚拟现实的研究和开发源于上个世纪六十年代，计算机图形学、人机接口技术、图像处理与模式识别、多传感技术、语音处理与音响技术、高性能计算机系统、人工智能等领域在之后半个世纪取得了长足的发展，为虚拟现实产业爆发打下了坚实的基础。什么是AR？搜索增强现实（Augmented Reality，简称AR）它通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。设备代表: HoloLens（微软出品）Microsoft HoloLens全息眼镜由Microsoft 公司于北京时间日凌晨与Window10同时发布。可以投射新闻信息流，收看视频，查看天气，辅助3d建模，协助模拟登录火星场景，模拟游戏。很成功地将虚拟和现实结合起来，并实现了更佳的互动性。使用者可以很轻松地在现实场景中辨别出虚拟图像，并对其发号施令。什么是MR搜索混合现实（Mix reality，简称MR）既包括增强现实和增强虚拟，指的是合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境。在新的可视化环境里物理和数字对象共存，并实时互动。设备代表：Magic leap（马云投资8亿美元）magic Leap目前还没有产品，所看到的让人吃惊的画面也仅为概念视频，并不是我们所想象的裸眼3d，因为影像是要投到介质上的，只能说是一个让人惊艳的效果图，我们来拭目以待它的最终产品吧！那么，虚拟现实的发展会给设计师带来怎样的脑洞呢？&&&&建筑设计你可以走进一栋还未建造的建筑里，尝试不同的设计选择，向你的客户按照比例展示空间。没有时间和经费建筑旅行时，可以跨空间体验大师作品，观察细部，获得灵感。你设计的建筑可以更加天马行空，不用考虑结构，因为它可能不会被建造出来，可以直接放在虚拟空间里让人们体验和使用（比如孩子们不用去学校上学，而是直接在虚拟教室里上课）。购买房子的客户不用跑腿看楼盘，可以直接在家走进某个建筑里，体验和比对各楼盘的优劣。&&&&UI设计·你设计的界面将不局限于某个设备（电脑，手机，pad，手表），整个世界都是你的屏幕。·你设计的界面不一定是二维的平面，可以是曲面，也可以是三维的空间。·你设计时要考虑人眼轨迹，人眼聚焦，身体动作与界面的交互，而不再是鼠标或手指与屏幕的交互。你不再需要坐在办公桌前对着电脑屏幕设计，而可以以任何姿势使用vr版的ps，ai，sketch。&&&&服装设计·用户可以将自己身体的数据（胸围，腰围，臀围）上传，你可以和用户一起在虚拟空间里修改三维服装的效果。·设计师可以选择和设置布料的参数（重力，风力），进行人体动力学运动的模拟和仿真。·人们在购买衣服时可以在家试穿虚拟的衣服，然后购买，不会出现网购尺码或样式不满意的结果。科技总是会让未来超越我们的想像。部分素材部分素材来源：科技日报
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