「當你在《半衰期：愛莉克斯》中第一次被敵人用槍指著，然后下意識地舉起雙手時，你就應該明白：未來將至，并且觸手可及。」
「你能直接用你的眼睛看到那個巨大的幾何球形就這樣懸浮在你的面前，超現實的同時又無比真實。」
「沉浸感太強了，我是個堅決不碰恐怖題材的人，玩了個開頭就退款了，但是仍然不斷地想玩，又買回來了。」
這是幾位游戲玩家對 VR 游戲《半衰期：愛莉克斯》（也叫「半條命」）的評價。這部游戲發行之初就收獲了 97％的好評，有 4 萬人同時在線，甚至被譽為「來自未來的游戲」。透過這款游戲，我們能感覺到，虛擬現實帶給人的體驗確實改善了不少。
從 2012 年到 2016 年，虛擬現實經歷了一段高速發展的時期。但受制于技術、內容、硬件等因素，這一領域又很快陷入低谷，經歷了過山車似的大起大落。
虛擬現實怎么才能更好用？昂貴的價格、笨重的頭顯、糟糕的體驗何時才能終結？這是低谷期人們一直在探討和努力改善的問題。《半衰期：愛莉克斯》的及時出現給行業注入了一針強心劑。與此同時，最新消息顯示，去年 9 月份開始發售的 Oculus Quest 2 累計銷量已超過 400 萬臺，超過歷代 Oculus VR 頭顯的總和。種種跡象表明，虛擬現實產業正在回暖。
值得注意的是，這一轉變并不是單一技術突破的成果，而是多種技術不斷迭代所引發的，涉及顯示芯片、光學、人工智能等多個領域。了解這些技術的發展趨勢才能更好地把握虛擬現實產業的未來走向。
在一份最新的報告，即《拐點已至 全真將到 -- 虛擬（增強）現實產業發展十大趨勢 2021》中，騰訊研究院的研究者針對此問題進行了探討，并指出了虛擬現實產業中幾個比較重要的科技趨勢，包括：
VR 頭顯將進一步輕薄化，AR 多種技術路線將會共存；
手柄仍是 VR 主流的交互方式，分體式 AR 以手勢和手機交互為主，并將與互聯網公司算法合作；
裸眼 3D—光場顯示硬件將逐步產品化，采集算法近期內將實現突破；
內容創作門檻不斷降低，互聯網廠商將憑借內容和生態方面的優勢在消費級市場扮演重要角色。
在這篇文章中，我們將圍繞這些洞察聊一聊當前虛擬現實技術的發展狀況以及未來可能的產業走向。
在影響用戶使用體驗的諸多因素中，VR 頭顯笨重是一個繞不開的問題，同時也阻礙了 VR 走進大眾的日常生活，因此設備的輕薄化、小型化將成為必然趨勢。在這一賽道中，超短焦的 VR 顯示光學架構被寄予厚望，而反射偏振的折疊光路（Pancake）又是其中最易量產的超短焦方案。
Pancake 可以細分為兩片式和多片式兩種方案，目前市面上多為兩片式，其生產工藝要求簡單，成本可控。基于 Pancake 技術方案的 VR 眼鏡，圖像源發射光線進入半反半透的鏡片之后，光線在鏡片、相位延遲片以及反射式偏振片之間多次折返，最終從反射式偏振片射出，因此能有效地縮小產品體積。
目前，該領域已經有一些產品亮相，比如歌爾在 CES 上展示的 VR Pancake 鏡頭模組、和碩和 3M 聯手發布的 Pancake 光學一體式頭顯 VX6 以及 HTC 剛剛發布的 VIVE Flow 等。其中，HTC 的 VIVE Flow 還搭載了眼球追蹤解決方案，該方案解決了輕薄體積 VR 實現眼球追蹤的難題。
越來越多的超短焦產品及方案的亮相意味著，此路線能夠滿足市場落地的需要。據此，這份報告預測，未來將有越來越多的產品以超短焦為主。
與 VR 相比，AR 技術的落地還要更難一些，AR 光學專家 Karl Guttag 甚至表示：「如果說 AR 的難度是 VR 的 10 倍，這可能也只是保守的估計。因為 AR 眼鏡沒辦法像 VR 一樣，直接將顯示屏放在人眼前，否則會遮擋視線。此外，VR 對于頭顯外觀和體積的容忍度更高，而全天候佩戴的 AR 眼鏡則需要更輕量化、外觀更日常。除此之外，還需要保證顯示系統足夠透光，不遮擋視線……」。結合上述要求，可滿足的光學方案包括 Birdbath 反射鏡、光波導等，但它們都有各自的優缺點。
Birdbath 在當前的 AR 產品中比較常見，國內增強現實公司 Nreal 發布的 Nreal Light 以及聯想發布的 ThinkReality A3 等產品都采用了這項技術。總體來看，Birdbath 成本低、重量輕、搭配朗伯光分布的屏幕（如 OLED 類屏幕）效果出色，且效率比光波導更高，圖像質量也很好。但它的缺點在于：模組較厚（從側面看不自然）、透光率低（類似于墨鏡）、漏光等。
聯想在今年年初發布的 AR 產品 ThinkReality A3
相比之下，輕薄、透明度高、綜合性能好的光波導正受到越來越多的關注，全球很多 AR 公司都在往這一方向努力，其基本路線包括陣列光波導、表面浮雕刻蝕光柵衍射光波導、表面浮雕納米柱衍射光波導、體全息衍射光波導等。但這些路線基本都存在視場角小、工藝復雜、成本高等問題，因此量產難度比較大，目前只有少數公司宣布擁有此類技術的量產能力。
基于這些現狀，該報告預測，在短期內，上述技術路線將繼續共存，但使用場景可能存在區別，比如 BirdBath 可能更適用于視頻娛樂、輕游戲場景，而光波導作為頗具潛力的下一代技術可能會更多地出現在消息提醒類產品中。
未來兩年，VR 會拋棄手柄嗎？從這份報告和業內人士的分析來看，大概率不會。與數據手套、裸手交互、眼動追蹤等后起的交互方式相比，手柄在精準度、延遲、物理反饋、抗環境干擾（如遮擋）、成本等方面依然具有難以替代的優勢。
以裸手交互為例，裸手交互要想達到手柄 / 控制器的準確率其實是非常非常難的，但強調沉浸感的 VR 又恰恰對輸入錯誤非常敏感。有位拋棄 Leap Motion 的用戶曾解釋說，「想象一下有一種高端鍵盤能讓你隔空打字，但是有 1% 的機會你打的 a 會變成 s，打的退格會變為 p，你是什么感受？」
此外，缺乏物理反饋也是裸手交互的一大問題，諾亦騰 CTO、虛擬現實和動作捕捉專家戴若犂就曾舉例說，「目前這一代的虛擬現實環境里并沒集成像力反饋、仿真觸覺這樣的功能，那么用戶空手跟虛擬環境進行交互，就變成了一件非常別扭的事情…… 比如說咱倆伸手握個手，我并不能真正摸到你的手，就會覺得這件事情非常別扭。」目前，已經有一些手套類產品在嘗試解決這一問題（如力反饋手套），但也存在佩戴舒適度差、需要初始化校準、成本高等問題。
所以，要想真正解放玩家的雙手，手柄之外的幾個技術路線還需要進一步打磨。
和 VR 一樣，AR 交互的重點也是人和虛擬物品之間交互的準確性，但這時候再用額外的交互設備就不方便了。首先，AR 眼鏡是一種全天候的產品，每天攜帶手套或手柄會很麻煩；其次，AR 是虛擬與現實的疊加，我們需要解放出雙手來與現實環境產生交互。這些特點決定了，裸手交互將是 AR 中更為自然的交互方式。但騰訊研究院的研究者在調查中發現，由于裸手交互尚不成熟，現在的分體式 AR 更多以手機交互為主，手勢交互將是未來一個非常有潛力的落地方向。
為了更好地完成交互，AR 眼鏡可能還需要集成一些信息轉換能力，比如圖像識別、文字識別、語音識別、翻譯等。
所以總的來看，AR 的成功交互將是軟硬件廠商通力合作的結果：硬件廠商負責提供光學模塊、顯示設備等；軟件公司則負責提供各種 AI 算法，如姿態估計（推斷物體的位置，如手和手指，用于控制 AR 內容）、圖像和場景標注（對圖像進行分類，并觸發 AR 標簽顯示）、語音轉文字、機器翻譯等。
如果你看過《阿凡達》，你可能對里面的全息 3D 顯示有點印象。這種顯示效果也是虛擬現實產品一直想要實現的愿景之一，與之相關的是光場顯示、光場采集等技術。
光場是空間中光線集合的完備表示，它與傳統 2D 顯示有著明顯的區別：傳統的 2D 顯示器只能提供仿射、遮擋、光照陰影、紋理、先驗知識五方面心理視覺信息。光場顯示除了能產生傳統 2D 顯示器的所有信息外，還能提供雙目視差、移動視差、聚焦模糊三方面的生理視覺信息。因此，采集并顯示光場就能在視覺上重現真實世界。
目前光場顯示主要有體三維顯示（Volumetric 3D Display）、多視角投影陣列（Multi-view Projector Array）、集成成像（Integral Imaging）、數字全息、多層液晶張量顯示等多種技術方案。這些方案各有優劣，比如體三維占地面積大；多視角投影占地面積大的同時成本也高；數字全息技術尚不成熟等。相比較而言，集成成像雖然也呈現出了視點圖像分辨率受損等問題，但低廉的成本、較小的體積使其更易于商業化落地。
這份報告指出，未來，光場顯示將隨著設備量產化走向消費電子品領域，成為現有的 2D 顯示設備的挑戰者，從而顛覆對 3D、立體內容顯示有需求的多種場景，包括游戲等互動娛樂、廣告文創、視頻會議、醫療影像、科研與教育等領域。
其中，集成成像因支持多人裸眼觀看、 可視范圍大、視角連續而在會議等場景中頗具潛力。但與此同時，該路線也面臨著一些挑戰，比如反射場、紋理的采集和重建需高精度設備；多視角拍攝內容、畫面重建、壓縮需要算法支持；流媒體編解碼傳輸對網絡要求高等。不過，報告指出，采集算法等問題有望在近期內取得突破，因為目前已經有一些廠商在努力解決這類問題，比如谷歌在今年的 I/O 大會上發布的一款結合 3D 呈現、實時視頻壓縮、空間音頻、計算機視覺、機器學習等技術的 3D 光場顯示方案：Project Starline。谷歌表示：Starline 可呈現一種具有體積和深度的立體感，無需額外的眼鏡或頭顯。
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Starline 效果展示。
伴隨著這些問題的解決，集成成像領域有望形成硬件 - 算法 - 傳輸整合的解決方案。
內容創作門檻不斷降低，互聯網廠商將憑借內容和生態方面的優勢在消費級市場扮演重要角色
除了以上幾大趨勢，報告還提供了關于虛擬現實內容創作、生態建設等方面的一些洞見。
報告指出，在內容創作方面，三維重建技術的快速發展、低代碼 3D 內容編輯器的發展成熟以及全景相機、深度相機的普及大大降低了虛擬現實內容的創作門檻。比如，加州大學伯克利分校和谷歌的研究者去年就開源了一款 2D 圖像轉 3D 的模型——NeRF，它可以利用少數幾張靜態圖像生成多視角的逼真 3D 圖像，其改進版模型NeRF-W還能適應充滿光線變化、遮擋的戶外環境。
NeRF-W 的生成效果
在生態建設方面，虛擬現實產業正在經歷互聯網與 VR 不斷融合的過程，因此互聯網廠商將憑借內容和生態方面的優勢在消費級市場扮演重要角色。以最近改名為「Meta」的 Facebook 為例，這家公司在改名當天其實還宣布了一系列關于構建虛擬現實世界的計劃，涉及工作、社交、教育、健身等多種場景，比如允許用戶向朋友發送 Messenger 消息、允許用戶使用辦公帳戶登錄 Quest 2 頭顯的 Quest for Business 等。
伴隨著技術的迭代升級和生態的逐步完善，虛擬現實正在解鎖越來越多的場景，比如休閑游戲、體育賽事、文娛演出、線上社交等。但報告指出，除了這些之外，更重要的是虛擬現實的社會價值正在不斷凸顯。目前，我們已經看到一些比較成功的探索案例，比如清華大學用 VR 進行心理治療，一些組織將虛擬現實技術應用于老年人及聽障人士提醒等。這份報告認為，進行這種具有社會價值的探索將是虛擬現實未來的重要方向。未來，我們希望看到更多此類應用的面世，從而惠及更多、更廣泛的社會群體。
https://www.3dmgame.com/score/3742269.html
https://ngabbs.com/read.php?tid=25603623&rand=924
https://m.zhitongcaijing.com/article/share.html?content_id=479934
https://www.163.com/dy/article/G8JVDI0K0511BQR8.html
http://www.360doc.com/content/21/0831/19/48863136_993539968.shtml
https://www.sohu.com/a/271025171_114877
https://www.vrtuoluo.cn/column/supervtalking/522248.html
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本文來自微信公眾號“機器之心”（ID：almosthuman2014），作者：張倩，36氪經授權發布。
