虚拟和增强现实技术可支持更广泛领域创新应用

2019-04-10来源: eefocus关键字:增强现实  FPGA  GPU

虚拟和增强现实技术正在最终达到预期目标,可支持更广泛领域的大量创新应用。

 

电子产品和数据处理技术的快速发展正在进一步模糊数字世界和物理世界之间的区分。虚拟和增强现实等前沿技术一度仅限于早期采用者,如今已经在消费和商业市场中越来越受欢迎。通过佩戴的耳机和眼镜所提供的图像和数据都达到了非常高的速度、清晰度和沉浸式质量,以致于几乎每天都能看到新的应用出现。

 

就历史而言,虚拟和增强现实(VR/AR)的概念在过去已经有过长期的发展历程。第一项VR装置专利于1962年颁发,而AR则于20世纪90年代初诞生于美国军事研究。在这两种情况下,要提供有意义的高质量图像,需要巨大的计算资源,因而技术进步都受到一定的阻碍。

 

但摩尔定律改变了这一切。集成电路性能的指数级改进导致了无数新系统和元器件的开发,如现场可编程门阵列(FPGA)、图形处理单元(GPU)和高性能多核处理器等等。这些进步与开源视觉处理算法和无缝云集成的创新相结合,导致了人机界面性能的跨越式发展。现在,VR和AR最终都将实现其技术承诺。

 

在我们讨论一些VR和AR在消费和商业领域富有想象力和颠覆性的应用之前,需要重申一下这两种技术之间的明确划分。VR被广泛地表征为在模拟环境中发生的交互式计算机生成体验,通常是通过耳机创建完全沉浸式体验,一种完全超出真实物理世界的体验。

 

而AR则通常是通过使用智能手机或平板电脑上的相机,将图形和数据等数字元素构建成一个实时的真实世界视图。最近,下一代AR系统使用了交互式耳机和眼镜,虚拟3D物体被添加到佩戴者的视野中。

 

就这两种截然不同的技术而言,VR已经获得了更大的市场推动力,特别是在游戏和艺术创作领域。通常,VR头戴式耳机结合有三维头戴式显示器、立体声声音、头部运动和眼睛跟踪传感器,并可与控制器结合使用。

 

或许最著名的VR设备是由Facebook子公司Oculus VR制作的Oculus Rift,它是2016年推出的第一款消费类耳机,但不久之后该市场就变得竞争异常激烈,包括HTC Vive、索尼PlayStation VR和Google Daydream等都在争夺市场份额。但该市场的总体规模也非常大,据全球科技巨头Nvidia的研究,到2021年将售出约5000万部VR头戴式耳机。

 

虽然这些设备中的大多数将被出售到游戏领域,但VR也在商业和工业领域出现了越来越多的应用,可以肯定地说,培训就是一个杀手级应用。开发人员能够创建详细、准确和一致的模拟环境,在某些情况下可以为那些需要指导和培训员工的组织提供巨大的价值,而不会让他们或其他任何人面临实际风险。在军事领域更是如此,全球各地的国防部队都使用VR进行飞行模拟和战斗训练等活动。

 

医疗保健是VR拥有巨大潜力的另一个领域。新手医生已经在使用这项技术来了解生物学的工作原理,这可以包括DNA结构和身体各个部位功能的详细模型等等。 VR能够以比教科书等传统培训材料更加互动的方式来加深学习效果。

 

外科手术的培训是另一个医学应用领域。一些组织已经拥有软件服务(software-as-a-service)平台,将VR与触觉反馈相结合,能够为受训者和合格的外科医生提供低成本和可扩展的模拟体验,这使医疗从业者能够在安全的环境中一遍又一遍地磨练自己的技能,并且被认为比传统的尸体解剖更具成本效益。

 

还有一个快速增长的领域正在研究VR如何用于治疗和控制严重疼痛。已经开发的以患者为中心的应用可以作为一种缓解疼痛管理的方法,模拟用分散注意力的体验作为止痛药的替代品。

 

如果把VR视为一种成熟的技术,并且在市场的接受度越来越高,那么AR可以被视为年轻的新贵,其价值和优势尚未完全实现,但市场尝试一直在进行。Google Glass是一个由光学头戴式显示器组成的智能眼镜,于2013年大张旗鼓地推出,但几年后因隐私和安全问题受到关注而悄然放弃。从那时起,AR的市场采用充其量是试验性的,而技术型公司采取了更务实的商业化方法。

 

但是现在,经过几年高强度的幕后研究和开发工作,新一波AR设备已经开始脱颖而出。例如,今年8月美国初创公司Magic Leap发布了备受期待的Magic Leap One可穿戴眼镜的第一个版本,该眼镜将3D计算机生成的图像叠加在现实世界的真实物体上。据Magic Leap称,售价为约2200美元的耳机将自然光波与合成光场结合在一起,创造出“令人难以置信的可信体验”。

 

那么这项技术究竟如何运作呢?在Magic Leap的情况下,AR体验通过三个不同但彼此连接的硬件组合来实现。首先,被称为lightwear的耳机本身, 结合了一组相机、传感器、扬声器和光学中继器的组合,以提供视觉和音频效果。同时,lightpack则是一个小巧的便携处理单元,包括一个集成的GPU和CPU,可以夹在用户的口袋上,可完全地自由移动。最后,还有一个手持式控制器,能提供六个自由度和触觉反馈,以提供Magic Leap所声称的直观和感官体验。

 

虽然大多数注意力不可避免地集中在耳机的外观和感受上,但系统的核心是处理单元,它能够提供强大的性能。Magic Leap的技术指标显示,GPU/CPU模块包含三个处理器:四核ARM A57 CPU,双核Denver 2 CPU和基于Nvidia Pascal、具有256个CUDA内核的GPU。Magic Leap包含有8GB的 RAM,应用程序可用其中4 GB内存,存储容量为128 GB。Magic Leap还包含有一个内置可充电锂离子电池,可连续使用长达3小时,并通过蓝牙和WiFi提供连接功能。

 

毫无疑问,Magic Leap One的推出引起了公众的注意,并得到了许多用户的正面评论,这使得AR成为人们关注的焦点。早期AR应用专注于游戏,用户可以在自己的家中创建虚拟战斗,将数字图像无缝地与现实环境融合。展望未来,Magic Leap表示它的目标是“创意专业人士”,能够使用头戴耳机形成自己的视觉体验。

 

虽然这听起来可能有些深奥,但是还有其他一些AR技术能够以更明确的方式得到应用。例如,在工业领域已经出现了一些客户在设施维护方面的应用,AR耳机被用来帮助工人在现场修复复杂的设备,由于肉眼可以看到3D技术信息,维修工人能够以更有效和更及时的方式执行维护工作。

 

这种技术的一个早期使用者是德国工业集团蒂森克虏伯(Thyssenkrupp),该公司已成功地应用AR技术来安装和维护其自动扶梯和升降电梯。在此应用中,佩戴Microsoft HoloLens耳机的工作人员可以在访问现场之前首先熟悉需要维修的电梯或自动扶梯。使用该技术,可以放大特定部件,显示技术数据和图纸。Thyssenkrupp介绍说,通过使用AR,技术人员在到达现场工作岗位之前已做好充分准备。

 

然后,一旦到达现场,工作人员可以使用HoloLens耳机检索历史记录,然后再使用该系统作为实际维修的指南。根据Thyssenkrupp的说法,AR的免提性质可使维护人员能够比以前使用笔记本电脑或印刷手册更高效地完成任务。耳机还可用于触发对远程同事的呼叫,远程同事可以插入耳机的视频线,以便他们能够提供帮助。

 

Thyssenkrupp表示,在这种环境中使用AR已经带来了巨大的商业利益,特别是在速度和灵活性方面。之前通常需要1到2个小时完成的维护工作,在AR设备支持下,现在可以在20分钟内完成。这种效率的显著提高也促使了业务模式的转变,使Thyssenkrupp能够从传统产品供应商转变为利润率更高的解决方案提供商。这种模式通常被称为“服务化(servitisation)”,使公司从一个物品制造商转变为以产品为中心的服务供应商,重要的是能够实现高性能和高正常运行时间。

 

从这些众多例子中可以清楚地看出,VR和AR都已从小微市场转向主流应用,并且已越来越多地被消费和商业市场采纳。随着市场接受度的加快,以及新应用的出现,VR和AR注定会在我们的日常生活中变得越来越重要。这虽然经历了一个漫长的等待,但最终这些令人兴奋的技术得以赢得市场的荣耀。


关键字:增强现实  FPGA  GPU

编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qrs/2019/ic-news041053529.html
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