Recensione Microsoft HoloLens - Colmare il divario tra AR e VR

Microsoft ha una lunga tradizione nel ravvivare annunci di prodotti relativamente noiosi con demo tecnologiche avvincenti e l'annuncio di Windows 10 non ha fatto eccezione. Il gigante del software ha colto l'occasione per creare una buona dose di entusiasmo sull'HoloLens, un visore futuristico che offre uno sguardo sul futuro della realtà aumentata (AR). Tuttavia, Microsoft ha anche una tradizione di spettacolari flop hardware, che hanno raggiunto il picco sotto il regime di Ballmer. Ricordi il telefono Kin? Neanche io.

L'introduzione di HoloLens probabilmente non sarà un flop per una serie di motivi. Prima di tutto, HoloLens ha ancora molta strada da fare prima che diventi un dispositivo commercialmente valido: potrebbero volerci circa pochi trimestri o un paio d'anni. In secondo luogo, il concetto alla base è solido e si basa su alcune promettenti tendenze emergenti del settore, come la tecnologia indossabile e le cuffie per realtà virtuale (VR). HoloLens sta cercando di essere in qualche modo diverso raggruppando molte funzionalità in un unico dispositivo, ma in questa recensione di Microsoft HoloLens daremo un'occhiata a ciò che è già disponibile e ciò che è in lavorazione.

Poiché questo è un blog di ingegneria progettato per professionisti della realtà virtuale e altri ingegneri, non passerò molto tempo a rispondere alla domanda "Cos'è HoloLens?" e spiegando la differenza tra AR e VR. La tecnologia della realtà aumentata ha una gamma di potenziali applicazioni in vari settori, ma applicazioni limitate nell'intrattenimento. La realtà virtuale è più orientata all'intrattenimento, sebbene abbia anche alcune applicazioni professionali.

Entrambe le tecnologie hanno ancora molti limiti e numerose sfide tecniche devono essere superate per ottenere un appeal sul mercato di massa. Questo è un processo graduale che richiederà anni anziché mesi. La tecnologia necessaria per creare tali prodotti senza spendere troppo non è semplicemente pronta, ma lentamente ci sta arrivando.

Diamo un'occhiata a cosa c'è là fuori e cosa manca.

Limitazioni hardware - Google Glass vs Oculus Rift vs Microsoft HoloLens

Google Glass è stato annunciato all'inizio del 2012 e ha iniziato a essere spedito un anno dopo al costo di $ 1.500. Il prezzo elevato significava che era riservato a una nicchia molto ristretta: i primi utenti descritti come "esploratori" dalle PR e dalla macchina di marketing di Google. Il dispositivo offriva funzionalità AR limitate e conteneva un piccolo proiettore a prisma con una risoluzione di 640x360 pixel, alimentato da un processore obsoleto.

Sebbene sia riuscito ad affascinare il pubblico per un po', Google Glass difficilmente può essere descritto come un successo. Gli sviluppatori di app desiderosi di saltare sul carro del vincitore hanno iniziato a perdere interesse, insieme agli "esploratori" che sembravano aver superato la moda nel giro di pochi mesi. Le ultime indiscrezioni indicano una nuova versione di Google Glass con silicio Intel all'interno, quindi potrebbe essere un po' troppo presto per un necrologio. Ad ogni modo, Google Glass non è stato un grande successo, non importa come lo guardi.

Oculus Rift è forse il sistema VR di cui si parla di più al momento, ma a differenza di Google Glass, deve ancora essere lanciato. Oculus VR ha lavorato sul dispositivo per anni e nel processo l'azienda ha attraversato due generazioni di kit di sviluppo. La versione consumer dovrebbe essere lanciata nel 2015, con una specifica rivista. Nel marzo 2014, Oculus VR è stato acquistato da Facebook per oltre 2 miliardi di dollari in contanti e azioni Facebook.

Gear VR di Samsung offre un approccio diverso, poiché utilizza il phablet Galaxy Note 4 al posto di uno schermo integrato, ma si basa su alcune tecnologie sviluppate da Oculus. Trovo interessante il concetto modulare, in quanto un approccio simile potrebbe essere impiegato con una gamma di dispositivi mobili di diversi fornitori che consentirebbero agli utenti di aggiornare efficacemente l'hardware ogni volta che acquistano un nuovo telefono. La piattaforma Vuforia di Qualcomm vanta alcune caratteristiche promettenti per dispositivi mobili e potenziali applicazioni AR/VR.

Allora, cosa manca? La risposta semplice potrebbe essere la potenza di elaborazione, ma è un po' più complicata di così.

Il problema con entrambi i concetti è che sono ancora in anticipo sui tempi e la tecnologia deve ancora recuperare. HoloLens di Microsoft è destinato a soffrire degli stessi problemi iniziali, ma il concetto di Microsoft è leggermente diverso e quindi ha la possibilità di superare almeno alcuni di questi problemi.

Google Glass è stato progettato come un dispositivo indossabile leggero, che ha portato a una serie di compromessi. Il dispositivo presentava un unico display su un prisma spesso davanti all'occhio destro dell'utente. La risoluzione era molto limitata dato il campo visivo (FOV). Ad esempio, i display degli smartwatch tendono a presentare risoluzioni verticali simili per un dispositivo che occupa solo un paio di gradi del campo visivo dell'utente. Google Glass era basato su un SoC (System on Chip) antiquato e aveva una durata della batteria limitata.

Progettare dispositivi mobili non è facile e comporta sempre una serie di compromessi. I display a risoluzione più elevata richiedono più potenza della GPU, rendendo necessario l'uso di SoC più grandi con GPU più potenti che lavorano a un carico più elevato, il che quindi richiede una batteria più grande e così via. È un ottimo bilanciamento e un visore AR è semplicemente troppo piccolo per ospitare una batteria di grandi dimensioni come quelle utilizzate nei tablet ad alta risoluzione.

A prima vista, Oculus Rift non sembra soffrire di simili carenze sul fronte hardware, dal momento che non ha compromessi per il bene della durata della batteria e della portabilità. Non si basa su un SoC integrato e un display 1080p sembra desiderabile; ma, in realtà, non è abbastanza per il fotorealismo. Il dispositivo ha un FOV molto ampio e la densità dei pixel è ancora insufficiente.

Per ovviare a questo problema, i dispositivi VR dovrebbero utilizzare display 4K/UHD a risoluzione più elevata o persino display 8K in futuro. La tecnologia è quasi arrivata, ma non costa poco ed è tutt'altro che portatile.

Se desideri eseguire gli ultimi giochi AAA su un display 4K con le impostazioni di dettaglio più elevate possibili, hai bisogno di due schede grafiche discrete di fascia alta. Ad esempio, le schede Nvidia e AMD basate sulle GPU di punta Maxwell e della generazione Hawaii. Per eliminare il frame tearing (usando tecnologie simili a G-Sync di Nvidia o FreeSync di AMD) è necessaria un po' più di potenza e per fare un 3D adeguato per entrambi gli occhi è necessaria ancora più potenza della GPU.

La conclusione è: per alimentare un dispositivo 4K VR utilizzando la tecnologia attualmente disponibile, avresti bisogno di almeno due GPU con un totale di 12-14 miliardi di transistor a 28 nm, consumando da 350 W a 500 W di potenza, senza contare la CPU e il resto del sistema . Questa è una stima prudente, basata su GPU e CPU attualmente disponibili, e non discutiamo nemmeno l'idea di alimentare due schermi 4K, uno per occhio.

L'ultimo SoC mobile di Nvidia, il Tegra K1 a 64 bit utilizzato nel Google Nexus 9, presenta 192 core CUDA basati sull'architettura Kepler, non il più efficiente Maxwell. Le attuali schede grafiche discrete di punta dell'azienda sono dotate di 2048 core Maxwell CUDA che funzionano a clock più elevati rispetto ai core Kepler nei SoC Tegra mobili.

I dispositivi VR portatili con grafica fotorealistica non saranno chiaramente disponibili per gli anni a venire e anche i dispositivi cablati come Oculus Rift hanno molta strada da fare. Il costo complessivo della piattaforma è un'altra preoccupazione. I PC da gioco in grado di pompare frame rate riproducibili a 1080p sono relativamente economici, poiché le GPU tradizionali sono abbastanza veloci per fare il lavoro. Ma a 2160p hai bisogno di quattro volte la potenza della GPU, supportata da più memoria e una CPU più veloce.

C'è un altro modo per affrontare questo problema e lo esaminerò più avanti.

Quindi cosa ha fatto Microsoft?

Ricordi l'affare Oculus Rift di Facebook che ho menzionato prima? Pochi giorni dopo l'annuncio, è emerso che Microsoft ha acquistato risorse di proprietà intellettuale (IP) relative alla realtà aumentata e ai computer indossabili dall'Osterhout Design Group (ODG). Alcuni dei brevetti coprivano "occhiali per la visualizzazione del vicino occhio trasparente" con un elemento ottico parzialmente trasmittente.

In altre parole, Microsoft ha acquistato l'IP necessario per creare HoloLens; e secondo quanto riferito, l'accordo copriva dozzine di brevetti ODG, comprese alcune dozzine di altre domande di brevetto in corso. Nel frattempo, si dice che Oculus VR abbia un solo brevetto, che descrive vagamente "un visore per realtà virtuale".

Sembra che Microsoft stia cercando di ottenere il meglio da entrambi i mondi: un ampio campo visivo solitamente associato ai dispositivi VR e una superficie di visualizzazione trasparente adatta per applicazioni AR. L'approccio dovrebbe consentire a HoloLens di utilizzare molta meno potenza di elaborazione rispetto ai dispositivi VR, offrendo allo stesso tempo più funzionalità grazie all'ampio FOV. Invece di cercare di eseguire il rendering di contenuti fotorealistici, HoloLens potrebbe farla franca con una risoluzione e una qualità dell'immagine leggermente inferiori a causa dell'opacità limitata del contenuto visualizzato. Non c'è bisogno di creare un'illusione della realtà, quindi c'è molto meno sovraccarico hardware coinvolto. Molte tecnologie standard potrebbero consentire a HoloLens di ridurre o eliminare l'aliasing e generare compositi di bell'aspetto, poiché lo sfondo è già lì.

Questo fatto limita l'appeal di HoloLens nella nicchia dell'intrattenimento, al contrario dei veri visori VR; ma apre una serie di possibilità in altri settori, che vanno dall'ingegneria e dalla sanità all'architettura e alla difesa. HoloLens potrebbe essere utilizzato per assistere operatori sanitari, ingegneri, operatori di macchinari industriali, soldati e forze dell'ordine.

Tuttavia, HoloLens ha ancora applicazioni nello spazio consumer. Phil Spencer di Microsoft ha affermato che HoloLens deve essere un prodotto standalone di successo, aggiungendo che l'azienda sta già cercando modi per utilizzarlo all'unisono con PC e console Xbox One. Il dispositivo potrebbe fungere da display heads up (HUD) per i giocatori o anche per gli appassionati di fitness nelle palestre.

Enigma hardware di HoloLens

Microsoft non ha rivelato le specifiche hardware esatte, quindi non sappiamo ancora cosa aspettarci. Non si sa nulla sulla risoluzione del display, sui GFLOP della GPU, sulla connettività o sulla durata della batteria. Ciò lascia molto spazio alla speculazione, che la stampa tecnologica è felice di riempire con pollici di colonna e clickbait, ma nulla è ancora ufficiale.

Come ho detto, HoloLens non dovrebbe richiedere la stessa potenza della GPU di Oculus Rift e prodotti VR simili. Tuttavia, questo non significa che Microsoft possa cavarsela con un SoC economico, come quelli comunemente usati nei prodotti mobili. Microsoft attualmente utilizza una gamma di chip di diversi fornitori: SoC Qualcomm Snapdragon con 4G/LTE integrato per telefoni cellulari, chip Intel per tablet Surface Pro (insieme a SoC Nvidia su prodotti Surface RT defunti), insieme ad APU AMD personalizzate su Xbox One .

Per motivi di potenza, la scelta più ovvia sarebbe un SoC Snapdragon, simile a quelli utilizzati nei telefoni Lumia. Ciò non significa che HoloLens sarebbe sottodimensionato come Google Glass. HoloLens è un dispositivo molto più grande, con spazio per una batteria più grande; e gli ultimi SoC Snapdragon sono di gran lunga più potenti del chipset utilizzato in Google Glass (che è significativamente più lento dei chip utilizzati negli smartwatch). I primi benchmark indicano che la GPU Adreno 430 utilizzata nei prossimi SoC di punta di Qualcomm, come lo Snapdragon 810, è una centrale elettrica in grado di gestire risoluzioni 4K e renderizzare contenuti 3D relativamente complessi a 1080p.

Non si tratta solo di prestazioni di rendering. Le GPU offrono molto potenziale di elaborazione e possono essere utilizzate per molto di più dei giochi. Google ha utilizzato il Tegra K1 per Project Tango, che si occupa anche di una serie di tecnologie che potrebbero essere molto utili per dispositivi AR o VR: automazione, auto senza conducente e così via. Ho già menzionato Vuforia e ci sono altri attori nel settore delle GPU, ma Nvidia ha il vantaggio di utilizzare i core CUDA: è da anni leader di mercato nella grafica professionale e nei mercati di elaborazione GPGPU.

Tuttavia, non dovremmo essere bloccati nella mentalità "cosa c'è là fuori". Ci vorrà del tempo prima che HoloLens venga messo in vendita e le generazioni successive saranno destinate a presentare hardware ancora più potente. I nuovi Atom a 14 nm di Intel arriveranno presto, mentre i SoC basati su ARM a 14 nm e 16 nm dovrebbero apparire un paio di trimestri dopo. I nuovi nodi non planari consentiranno ancora più prestazioni per watt, migliorando drasticamente le prestazioni complessive senza influire sulla durata della batteria.

Streaming come alternativa

C'è anche un'alternativa che ho menzionato in precedenza: il cloud computing e lo streaming potrebbero essere utilizzati per visualizzare contenuti 3D complessi e ad alta intensità di risorse. Gli ultimi SoC sono dotati di modem LTE wireless 802.11ac e veloci, sufficienti per lo streaming ad alta risoluzione. Lo svantaggio di questo approccio, in particolare LTE, è il ritardo.

Se il contenuto aggiuntivo viene visualizzato localmente, su una workstation PC o forse anche su Xbox One, il ritardo dovrebbe essere limitato, ma il rendering cloud remoto potrebbe rivelarsi problematico. Ad esempio, Nvidia sta cercando di affrontare questo problema installando server GRID in posizioni strategiche, nel tentativo di coprire i mercati più grandi con streaming di giochi a basso ritardo. Solo pochi millisecondi di ritardo aggiuntivo potrebbero compromettere l'esperienza dell'utente in un'applicazione AR.

Un SoC mobile dovrebbe essere sufficiente per la maggior parte delle attività quotidiane, come Skype e alcune applicazioni di realtà aumentata limitate. Tuttavia, se un architetto vuole entrare in un cantiere e vedere come apparirà l'edificio finito usando la realtà aumentata, HoloLens dovrà essere supportato da più hardware; rendering di scene complesse con centinaia di migliaia o milioni di poligoni, effetti di luce avanzati e così via.

Il vantaggio è che HoloLens potrebbe offrire molte funzionalità pronte all'uso, con una GPU integrata relativamente potente in grado di gestire molte attività quotidiane, come streaming video ad alta risoluzione, navigazione e persino giochi casuali. D'altra parte, i professionisti potrebbero utilizzare 802.11ac o LTE per lo streaming di contenuti più complessi, resi in remoto.

Microsoft potrebbe praticamente utilizzare la stessa piattaforma hardware per utenti domestici e professionisti, con quest'ultimo che utilizza lo streaming locale o cloud per attività più avanzate e ad alta intensità di risorse.

Esiste un caso d'uso e un mercato per HoloLens?

Microsoft ha mostrato HoloLens in diversi scenari. Sebbene le demo fossero piuttosto interessanti, non descrivevano esattamente un caso d'uso realistico e commercialmente valido per il nuovo dispositivo.

Quello che mi piace di HoloLens è il fatto che è a metà strada tra i veri dispositivi indossabili, come Google Glass, e le soluzioni VR cablate, come Oculus Rift. HoloLens non deve essere sufficientemente leggero e portatile da poter essere indossato in strada, ma allo stesso tempo non deve essere collegato a un computer o a una fonte di alimentazione esterna: il meglio di entrambi i mondi. Mi piace anche il fatto che Microsoft scelga di guidare piuttosto che seguire. HoloLens differisce dai concetti e dai prodotti esistenti; è innovativo, futuristico e originale: una boccata d'aria fresca da Redmond.

Tuttavia, questo approccio solleva anche una serie di importanti domande sul caso d'uso di HoloLens e sulle dimensioni del mercato. Non può sostituire un display come le soluzioni VR, ma non può essere utilizzato nelle situazioni quotidiane a causa della sua mole e del suo aspetto. Anche se potresti vedere alcuni pendolari e atleti che usano occhiali intelligenti, probabilmente non vedrai sciatori o jogging che indossano un visore HoloLens.

Cosa potrebbero fare gli utenti mainstream con HoloLens? Che tipo di piattaforme software e sistemi operativi saranno supportati? E le applicazioni professionali? Che dire della funzionalità multipiattaforma di HoloLens, delle specifiche hardware, del prezzo al dettaglio e della distinta base (BOM)?

Molte domande devono ancora essere risolte e probabilmente ci vorrà del tempo prima che Microsoft rilasci tutte le informazioni.

Microsoft dovrà puntare al mercato mainstream e professionale allo stesso tempo, con lo stesso hardware. A seconda del prezzo e della distinta base, Microsoft potrebbe sfruttare la sua base di utenti Xbox, nonché un segmento del mercato dei giochi per PC, per portare i prodotti HoloLens agli utenti tradizionali. La commercializzazione di un prodotto del genere non sarà facile se il prezzo è troppo alto, ma la base di utenti c'è ed è disposta a spendere un sacco di soldi per nuovi gadget. Un approccio di mercato mainstream aiuterebbe anche a coinvolgere più sviluppatori, espandendo così l'ecosistema e creando nuovi casi d'uso.

Ma se i prodotti HoloLens sono destinati ad avere un prezzo per il mercato mainstream, come farà Microsoft a perseguire il mercato professionale e fare un po' di soldi nel processo?

Anni fa mi guadagnavo da vivere con la grafica 3D offline e posso vedere molto potenziale in HoloLens. Ci sono molti utenti 3D/CAD là fuori e molti di loro sarebbero d'accordo. Questo significa che ogni designer sarà in grado di acquistare un dispositivo HoloLens con un prezzo per il mercato mainstream e usarlo per lavoro? Forse, ma probabilmente no.

Ci sono altri modi di commercializzare prodotti in questo spazio. Mi occupo da anni dello spazio della GPU e in quel tempo ho imparato una o due cose su come opera il settore. Sebbene le schede grafiche di fascia alta per i giocatori ottengano tutti i titoli dei giornali, le vere vacche da mungere per Nvidia e AMD sono la grafica professionale e le soluzioni di calcolo. Sono gli eroi non celebrati in questo duopolio. La distinta base per una scheda consumer e una scheda professionale basata sulla stessa GPU è più o meno la stessa, ma le schede professionali costano molto di più, un ordine di grandezza in più. Offrono enormi margini e generano molte entrate e profitti, nonostante i bassi volumi complessivi: puoi controllare qualsiasi rapporto trimestrale sui guadagni di Nvidia per maggiori informazioni.

Microsoft potrebbe ricorrere a un approccio simile. HoloLens potrebbe utilizzare lo stesso hardware per entrambi i mercati, limitare la funzionalità sui modelli consumer ed espanderla su prodotti professionali attraverso diversi livelli di licenza.

Naturalmente, a questo punto si tratta solo di speculazioni, ma è così che funziona questo mercato. Microsoft non deve reinventare la ruota.