增強現實與虛擬現實與混合現實——入門指南

儘管有許多共同點，但 VR、AR 和 MR 並不是一回事。 我們討論了這三種有前途的相關技術的關鍵區別、驅動力和用例。

從 View-Master 包含七對立體 3D 小彩色照片的薄紙板光盤到今天的 VR 及其近親 AR，今天的技術已經走過了漫長的道路。 事實上，由於 Facebook、谷歌、三星和許多其他押注高價值回報的巨頭的巨額投資，虛擬現實和增強現實越來越頻繁地進入我們的新聞源。

在本文中，我們首先強調 VR、AR 和 MR 之間的細微差別，然後快速回顧一下 VR/AR 是如何演變的。 最後，我們評估它們如何適應今天的現實，以及它們如何影響明天。

什麼是虛擬現實 (VR)？

虛擬現實 (VR) 是一種由設備投射到用戶視線中的模擬沉浸式體驗。 想像一下走在香榭麗舍大街（巴黎），同時仍坐在舊金山的地下室。 您所需要的只是一個通過取景器將您投射到模擬中的耳機。 這正是 VR 所承諾的，還有更多。

虛擬現實如何運作？

你們中的一些人可能還記得使用 1960 年代推出的美泰 View-Master 是多麼激動人心的體驗。 今天的 VR 是立體觀光效果的現代版本：它需要在頭顯的視口內安裝一組鏡頭，以及存儲或計算體驗的安裝設備。

從純粹的觀察到完全沉浸，VR 功能的範圍取決於所使用的設備和耳機類型。 使用與已安裝耳機同步的遙控器，用戶可以在體驗中與空間中的 3D 對象進行交互——無論是用於 VR 遊戲還是虛擬界面和應用程序。

VR的簡史及其隨時間的演變

暫且不談 VR 的技術性，專注於它旨在將我們投射到的沉浸式 360° 體驗，我們可以說虛擬現實始於“19 世紀的 360 度壁畫（或全景畫）， ”正如虛擬現實協會在他們的虛擬現實歷史中所說的那樣。 我們從早期的飛行模擬器（1929 年）轉變為 1960 年 Morton 的第一個 VR 頭戴式顯示器，再到 1999 年 Neo 在 Matrix 中以模擬的形式體驗整個世界。

哪些公司正在引領當今的 VR 市場？

快進到 2014 年，谷歌推出了一款使用智能手機驅動 VR 體驗的大眾市場 DIY 耳機：Google Cardboard。 緊隨其後的一年，三星推出了他們的 Gear VR，新的虛擬現實競賽正式開始。 Oculus VR 於 2014 年 6 月正式收購，加入 Facebook 家族，以加速其在虛擬現實耳機高端領域的統治目標。

什麼是增強現實 (AR)？

顧名思義，增強現實或 AR 通過重疊計算機生成的圖形、圖像或一組交互式數據來增加我們對世界的感知。

增強現實是如何工作的？

到今天為止，AR 只需要一部帶攝像頭的智能手機和一個 AR 應用程序。 使其發揮作用的兩個關鍵要素是相機能夠在您移動時捕捉您周圍的環境，以及計算和投影一些計算機生成的視覺效果或內容的軟件。

這方面的一個很好的例子是宜家最近的 AR 應用程序，它允許任何人想像任何房間或空間使用該品牌的一些家具會有什麼感覺。

設計師和建築師顯然可以從這種在現實生活環境中創建真人規模對象的新方法中受益。 “現在，技術已經趕上了我們的野心。 AR 讓我們再次重新定義家具零售體驗，我們孜孜不倦地為每個地方的每個人創造更美好的日常生活，”Inter IKEA Systems 數字化轉型負責人 Michael Valdsgaard 說。

AR簡史

從 1998 年在現場 NFL 比賽中投下第一個​​虛擬黃線標記到重疊地圖數據以協助 NASA 飛行模擬，增強現實在科幻小說之外已經存在了幾十年。

早在 1974 年，Myron Kruger 將投影儀和攝像機結合在一個交互式環境中——這就是我們今天所知的 AR 的誕生。

最近，AR 在 Apple 的 WWDC 17 上朝著更廣泛的採用邁出了一大步，當時 AR 開發通過 ARKit 引入大眾，ARKit 是為 iPhone 和 iPad 創建的增強現實應用程序的開發框架。

ARkit vs. ARCore——蘋果和谷歌為 AR 統治而戰

Apple 針對 iOS 11 的 ARKit 承諾讓 AR 內容開發和大眾消費民主化。 這是對谷歌 ARCore 的直接回應，與蘋果相反，谷歌的 ARCore 具有利用其在 VR 領域的知識的優勢。 AR 設計和開發框架都承諾簡化和加速創建過程，並將技術交到已經使用 Android 和 iOS 手機的數百萬人手中。

由於增強現實應用程序對大眾市場來說仍然是新的，所以現在判斷這些開發工具包有多麼不同還為時過早，除了它們各自特定於自己的操作系統和核心受眾。

既然兩家最著名的科技公司——它們控制著 99% 的智能手機市場——已經在增強現實背後公開採取行動，我們應該準備好再次看到行業被顛覆。

混合現實 (MR) 怎麼樣？

混合現實是 VR 和 AR 的混合體，旨在提供兩全其美的體驗。 例如，雖然它像 VR 一樣使用頭戴式設備，透過半透明的視口或玻璃觀看，它還會在我們的環境之上投射視覺效果。

MR 的突出之處在於它的高度交互性，以及它添加到我們周圍環境中的投影的真實渲染。 我們可以使用自然的身體和手指手勢與沈浸式內容進行交互，而不是僅僅依賴遙控器或手機屏幕。

蘋果和谷歌顯然在 AR 技術上處於領先地位，但今天的 MR 領域有利於微軟（HoloLens），並且大量資助了 Magic Leap（到目前為止只是一個概念演示）。

Microsoft HoloLens 和 Magic Leap – 混合現實競賽的兩位王者

微軟 HoloLens

儘管谷歌眼鏡在商業上失敗了，但微軟並沒有迴避在 MR 遊戲中嘗試自己的“全息電腦”。 “HoloLens”這個名字來源於核心體驗“使您能夠參與您的數字內容並與您周圍世界的全息圖互動”。

魔法飛躍

作為資金最多的產品前初創公司之一，這家由谷歌支持的企業也是科技行業有史以來最神秘的項目之一。 Magic Leap 首席執行官 Rony Abovitz 稱其為“電影現實——視覺計算的徹底轉變”。 這家混合現實技術公司通過利用虛擬和增強現實係統的優勢來應對交互環境設計的挑戰。

儘管尚未公開，但全息眼鏡使用動態數字化光場信號——將圖像直接投射到眼睛中，並“欺騙”大腦使其認為它是真實的。 結果是更豐富、更可信的增強體驗。

VR、AR 和 MR 如何重新定義我們看待和體驗世界的方式？

用於娛樂和大眾媒體消費的 VR

VR 出現的明顯贏家之一是娛樂業。 樂高星球大戰 360 度體驗是一個很好地採用和實施虛擬現實的例子，它使觀眾能夠以完全不同的方式體驗講故事的方式。

通過宣布首款獨立 VR 頭戴式設備（無需連接手機或電腦），科技巨頭 Facebook 正在積極推進其讓 VR 大眾化的計劃。

AR 幾乎在一夜之間重塑了百年老公司任天堂

隨著 2016 年 Pokemon Go 的爆炸式成功，世界首次看到了 AR 如何通過在智能手機屏幕上進出的小怪物來增強現實，從而真正“移動”我們的現實。

混合現實。 合併現實？ 五味雜陳。

由於與其近親 VR 和 AR 的區別不明確，混合現實很難定義其未來。

就像 VR 一樣，MR 使用耳機來啟動體驗。 但混合現實設備與典型的 VR 硬件不同，因為它們使用像谷歌眼鏡這樣的半透明眼鏡，讓我們在現實世界中保持紮根——虛擬現實與現實現實相混合。

與 AR 一樣，MR 將數字內容和模擬疊加在我們通常看到的內容之上。 但是混合現實體驗可以讓你以 AR 還無法實現的方式與模擬進行物理交互。 而且，您可以使用您的身體和遙控器以更互動的方式與環境互動，而不是僅僅依賴您的手機屏幕。

VR、AR 和 MR 領域的數字

為了真正實現並實現更廣泛的採用，金融牽引力將成為技術和體驗牽引力的關鍵指標。

在 Alphabet 旗下的 Google Ventures、阿里巴巴和 Andreessen Horowitz 等知名投資者的支持下，Magic Leap 以近 20 億美元的風險投資在 MR 投資領域處於領先地位。

讓我們回顧一下當今市場上對主要 VR/AR 公司的主要投資。

新現實的設計考慮

為 VR、AR 和 MR 設計類似於創造新的現實。 這種沉浸式和多維內容製作的新範式需要新的規則和考慮。 增強、虛擬和混合現實設計利用了從視覺設計（3D、UI）到體驗設計（UX、產品）和開發等現有技能。

從對人體解剖學、同理心、聲音到視覺設計等方面的理解——當涉及到標準 2D 矩形畫布之外的設計時，創意人員擁有了一個全新的競爭環境。

3D 和視覺設計

虛擬現實設計師在打造沉浸式體驗和界面時必須使用完全不同的方法和工具集。 更準確地說，他們必須在 2D 屏幕或矩形之外思考，而是將他們的創意畫布視為無限的 360° 空間。

一切都變成了三維的，因此，VR 設計師最好與 3D 專家合作和/或使用 WebGL 和其他開源工具獲得對 3D 圖形的基本了解。

流行的 3D 創作軟件包括：

• Unity3D（設計+遊戲引擎）
• 谷歌 VR 塊
• Blender 3D（免費，開源）

了解規模和定位

VR 和 AR 設計的規模和定位考慮因素相互關聯並相互影響。 一方面，元素與觀看者的距離會影響易讀性以及與它交互的難易程度。 另一方面，模擬現實中物體的比例反映了同一物體在現實世界中的大小或遠/近。

跟踪和移動

運動跟踪的概念與所使用的虛擬、增強和混合現實硬件和軟件相關聯。 例如，雖然 Google Cardboard 主要允許從手機的加速度計進行基本運動跟踪，但最近的 Google Daydream VR 耳機配備了一個遙控器，允許您指向事物並驅動虛擬空間內的交互。

在頻譜的高端，像 Oculus Rift 和 HTC Vive 這樣的沉浸式系統允許更靈敏的運動跟踪系統和交互式控制器。

為運動跟踪器和控制器進行設計需要對自然的人類手勢和物理可供性有很好的理解。 做到這一點有助於增強沉浸效果。

從更傳統的學科中汲取靈感

在為 AR/VR/MR 進行設計時，沒有必要重新發明輪子。 就像我們從印刷過渡到網絡時一樣，我們可以從更傳統的藝術形式中汲取很多線索並應用許多原則。

例如，色彩理論、構圖規則和照明最佳實踐仍然適用於新媒體。 因為它仍然是我們試圖在不同環境中模擬和體驗的真實世界，所以通過利用新技術，在為我們正在構建的新現實進行設計時，可以利用核心視覺藝術原則。

動畫和過渡原則

動畫原理也是如此——當應用動畫的 12 條原理（除了迪斯尼）時，虛擬現實中的過渡效果和運動獲得了很多可信度。 讓我們簡要回顧一下它們：

1. 擠壓和拉伸：擴展和壓縮物體以模擬運動中的重量和體積。
2. 預期：一個重要行動即將發生的指標。
3. 分期：在對象的每個狀態/位置中都有明確的意圖。
4. Straight Ahead and Pose to Pose：首先定義開始和結束狀態，然後填補空白。
5. 跟隨和重疊動作：當許多運動中的部分停止時，它們不會同時停止。
6. 慢進和慢出：又名緩動效應 - 變慢，然後快，然後慢。
7. Arc：簡單地說，在大多數動作中增加一點曲線。
8. 次要行動：添加到主要行動以加強或補充它。
9. 時序：使用速度或延遲來模擬物理或時間尺度。
10. 誇張：強調特定動作以幫助強調某事。
11. 實體圖：讓事物看起來更具立體感。
12. 吸引力：這個原則需要有趣和引人注目的特徵。

工具和資源

為了使這些新興技術民主化並激發共同創造的精神，許多公司與世界分享他們的設計和開發框架。 以下是幫助您開始使用虛擬現實、增強現實和混合現實的一些關鍵資源：

• Facebook 設計 – VR 資源
• 蘋果——ARkit
• Microsoft HoloLens 混合現實 – MR 套件

增強現實、虛擬現實和混合現實的未來

如果我們考慮 Pokemon Go 在全球範圍內的成功，AR 已經顯示出更廣泛的採用率。 今天，體驗增強現實只需要一部配備最新操作系統的智能手機、一個不錯的相機和一個 AR 應用程序——沒有入門成本，我們擁有整個世界作為我們的畫布。

蘋果最近進入 AR 遊戲有望進一步推動增強現實趨勢。 蒂姆庫克在這件事上表達了他的立場：“VR 顯然有一些很酷的小眾事物，但在我看來並不深刻。 AR 意義深遠。”

儘管 VR 的歷史比 AR 或 MR 更長，但虛擬現實似乎存在觀眾問題，主要是因為獲得體面的 VR 耳機的高昂採用成本、長時間使用帶來的身體不適以及該技術缺乏具體的用例。

“虛擬現實是如何工作的？” 是我們經常在網上和 VR 活動中聽到的問題。 儘管如此，許多行業都可以利用該技術創造新的機會。 例如，汽車行業的虛擬現實展示了一些令人興奮的可能性。

最後，混合現實是真實、增強和虛擬現實的完美融合。 “應用無窮無盡，”Avegant 首席執行官 Joerg Tewes 說。 他思考設計師和工程師如何直接用手操作 3D 模型。 “混合現實使人們能夠直接與他們的想法互動，而不是在屏幕或鍵盤上，”他補充道。

世界正以前所未有的方式通過沉浸式 3D 內容和數字領域擴展其邊界。 對於設計師、工程師和公司來說，這是一個加入這場革命的獨特機會。

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