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VR技術(shù)或?qū)⑼瓿伞巴绞珠_發(fā)”到“工具開發(fā)”的躍升

小知識科普開發(fā)虛擬現(xiàn)實虛實徒手開發(fā)


VR技術(shù)或?qū)⑼瓿伞巴绞珠_發(fā)”到“工具開發(fā)”的躍升



虛擬現(xiàn)實（VR）帶來的 ， 可以是恢弘、壯觀、嘆為觀止 ， 也可以是刺激、熱血、激情澎湃——2月底 ， 英國廣播公司（BBC）發(fā)布的VR紀(jì)錄片《筑壩尼羅河》屬于前者 ， 帶觀眾真正鳥瞰尼羅河的現(xiàn)狀 ， 甚至預(yù)繪未來 ， 將擬建大壩置于河上；皇馬足球俱樂部日前開播的360°全景虛擬現(xiàn)實頻道屬于后者 ， 期望讓觀眾在場外也能體會到競技現(xiàn)場的血脈賁張 。
身臨其境的感覺依賴于虛擬場景的構(gòu)建能否騙過大腦 。 “讓觀看者獲得沉浸感是現(xiàn)在VR科技攻關(guān)的主課題” ， 北京理工大學(xué)教授黃華說 ， 現(xiàn)在的VR設(shè)備很多時候讓人頭暈 ， 也是因為沉浸感不充分 ， 使得大腦“看到”的東西和過往真實的東西不一樣 ， 又被告知是真實的 ， 這種認(rèn)識上的“分歧”讓大腦感覺“別扭” ， 引起心理上的不適 ， 表現(xiàn)為頭暈 。 “不過真實的機理還沒有被科學(xué)證明 ， 但如果模擬的水平能達(dá)到大腦無法分辨的程度 ， 不適感會消失 。 ”黃華強調(diào) 。
【VR技術(shù)或?qū)⑼瓿伞巴绞珠_發(fā)”到“工具開發(fā)”的躍升】通俗地說 ， 虛擬現(xiàn)實“擬得不真”是目前VR領(lǐng)域的“痛點” 。 解決痛點有兩個關(guān)鍵 ， 一是頭戴顯示系統(tǒng) ， 二是內(nèi)容 。 在黃華擔(dān)任項目負(fù)責(zé)人的國家重點研發(fā)計劃《支持大數(shù)據(jù)理解的頭戴式無障礙呈現(xiàn)技術(shù)、裝備與云服務(wù)平臺》中 ， 著重突破的也是這兩個問題 。
打開一些VR視頻APP ， 手機更像一個窗口 ， 能夠隨著轉(zhuǎn)動探出窗外觀看 ， 但視頻資源相對匱乏 ， 大多十幾分鐘 ， 可選擇片源不多、幾乎無情節(jié) 。
“使用200毫米焦距的鏡頭拍攝不低于1000張 ， 每張圖片3500萬像素……”VR數(shù)字內(nèi)容制作的復(fù)雜程度從這段數(shù)字博物院籌備工作的描述中可見一斑 。
靜態(tài)物體如此 ， 動態(tài)的捕捉難上加難 。 人工徒手的繪制工作復(fù)雜繁瑣 ， “物體的三維立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后是一個二維的數(shù)字影像 ， 數(shù)字影像的平面要在系統(tǒng)中還原為現(xiàn)實中的立體 ， 再根據(jù)三維立體結(jié)構(gòu)得到所需視點的影像（不同視點有不同的影像） ， 人腦才會感受到立體 。 ”黃華拆解了立體圖像在虛擬現(xiàn)實中走進(jìn)人腦的采集、還原、重構(gòu)的“三步走” 。
“如果通過算法讓計算機自行捕捉和計算將大大降低內(nèi)容制作的難度與工作量 。 ”黃華介紹 ， “三步走”的高保真需要“兩方面”的支撐 。 在國家重點研發(fā)計劃支持下 ， 項目組將虛實融合的實現(xiàn)分為幾何一致性和光照一致性 ， 即捕捉重構(gòu)物體 ， 感知重現(xiàn)光線 。
黃華解釋：“為了重構(gòu)逼真的物體 ， 我們的系統(tǒng)支持多源傳感信息的融合 ， 能實現(xiàn)像素級別地精確定位 ， 完成三維空間注冊的精確性與實時性 ， 這是虛實融合景象沉浸感的關(guān)鍵 。 ”
重構(gòu)光線是因為 ， 實體之外 ， 遮擋關(guān)系、光線變化等是真實的一部分 。 “我們研究自然場景重光照方法 ， 簡化虛實物體遮擋關(guān)系和復(fù)雜材質(zhì)函數(shù) ， 實現(xiàn)真實感景物的快速繪制計算 。 ”黃華說 ， 項目完成的實時高保真繪制引擎 ， 使得攝像機自己能夠?qū)崟r地計算出相對位置變化 ， 只要“拍照”不需“畫像” ， 就能實時自動呈現(xiàn)物體 ， 讓VR內(nèi)容的制作更簡單 。 “只有無延時地實時地將虛擬物呈現(xiàn)在真實場景中、并與真實場景互動 ， 才能‘以假亂真’ 。 ”黃華強調(diào) 。
在頭戴顯示系統(tǒng)方面 ， 項目組提出視場無縫拼接方法 ， 克服了傳統(tǒng)頭顯“大視場、高分辨、小畸變”之間的矛盾 。 沉浸式頭顯雙目視場達(dá)到162° ， 重疊視場90° ， 預(yù)計樣品將在年底完成 。 新的頭顯甚至可以做到動動眼睛就能實現(xiàn)“交互” 。 黃華介紹 ， 傳統(tǒng)的基于手柄等外設(shè)的交互方式效率低下 ， 項目組研究自動校正及手眼協(xié)同交互方法 ， 通過多模傳感數(shù)據(jù)融合分析獲取用戶的精確交互語義 ， 實現(xiàn)手眼協(xié)同交互 。

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