虛擬現實VS增強現實，未來的“現實世界”屬于誰？
本文原載 theatlantic，作者 AVA KOFMAN，機器之心翻譯出品，參與成員：葉雨溪、Rita、赤龍飛、Karalii、汪汪、羅康、孟婷、小力、曾?、李小魚、奇、Viola。
在參與了美國二戰期間包括曼哈頓計劃在內的一系列科學研究之后，工程師 Vannevar Bush 把研究重點轉向了一種反戰主義的科學儀器上。
在 1945 年 7 月出版的《大西洋月刊》上，Vannevar Bush 描繪了他的一個構想——一部可連接在普通眼鏡上的頭戴式照相機，可記錄評論、照片以及科學實驗數據。他這樣寫道：“想象一下未來實驗室里的研究者，他的雙 手是自由的，他是不被束縛的……他（研究員）的照相機比核桃還要小，附在普通眼鏡......這遠非是普通的構想”，在許多層面上，Vannevar Bush 的構想都是如今這些 AR 設備的先驅。
Vannevar Bush
幾十年來，我們不斷地發展 AR 技術來強化物理世界——每一次技術迭代都承諾要將物理世界變成一個虛擬世界的計算接口，但也只有在過去的幾年里，我們的頭戴設備才變得不那么碩大、笨重和昂貴，圖像疊加技術也逐漸發展，不再局限在細細的線條內。
早在 20 世紀 90 年代，AR 就被用來描述為電子設備輻射到物理世界的任何技術。它與 VR 不同之處在于，VR 靠投影在你眼前屏幕上的立體三維來進行模擬，而 AR 是直接在環境中進行全息投影。 1990 年，波音公司的裝配工在組裝波音 777 飛機的電線時就佩戴了一種可以直接疊加飛機機體的顯示儀，這樣可以節約組裝過程中前后來回看的時間。1993 年，現為喬治亞理工學院教授的 Thad Starner 制造了可搜索和錄制信息的程序設備，成為該技術在流行和廣泛應用前的先行者。
Thad Starner
在移動計算和圖像處理技術的推動下，AR 和 VR 都進化到可穿戴、便攜且滿足大眾需求的產品。六十年工程技術的不斷努力后，第一波滿足市場需求的 VR 產品開始角逐消費者市場：上個月，非死book 旗下的 Oculus VR 表示 Oculus Rift 將于明年正式面向顧客。同樣的，HTC 的 Vive 和 Oculus 與三星聯合打造的 Gear VR 也將于今年底搶占市場。AR 設備可能會稍微略晚一些：兩款備受矚目的 AR 移動設備——Microsoft 的 HoloLens 與 Google 的 Magic Leap 都還沒有確切的發布時間。
不再是有先見之明的科學家、科幻小說家和工程師的專利產品，AR 和 VR 已進入大眾生活，正試圖干涉人類看待世界的方式。沉浸在 VR 中意味著你無法不撞到墻的四處走動，或者看到你正在維修的飛機全貌，因此 Magic Leap 和 HoloLens 這樣的 AR 設備更具備左右我們日常生活的潛力，甚至還有機會取代智能手機、桌面系統甚至整個桌子。Starner 說，一旦他看到在現實世界中，用操作熟練的超個性化設備能夠讓他的生產力和影響力得到強化，他就對虛擬現實失去了興趣。還有許多人也同樣從虛擬現實轉向增 強現實，或者俗稱的 AR。
斯坦福大學的電氣工程助理教授 Gordon Wetzstein 說：“AR 真的可以無縫地集成到日常生活之中：例如溝通、工作、信息可視化、戶外游戲等等，在幾乎任何你能想出的各個領域……這將從根本上改變人與人交流的方式。”
目前，Magic Leap 還停留在秘密研發階段，沒有向外界公開更多細節。但是幾個親身體驗過這款產品的體驗者們表示，Magic Leap 帶來的震撼只能用“描述宗教體驗的語句來形容”。Graeme Devine，是一位有著多年游戲設計經驗的設計師，他表示盡管自己一開始對 Magic Leap 持懷疑的態度，他還是被說服去參觀了 Magic Leap 的辦公室。在那里，他見到了一些他以前從未認為可以實現的事物。“我認為我是一個懂些科技并且不會輕易被震撼的人。我在 Apple 工作（這個公司已經足夠令人驚奇），但是當我親眼目睹他們正在進行的創舉，我馬上就說，‘我該如何參與進來？’ ”
雖然不知道 Magic Leap 去年展示給 Google 風投機構的是什么產品，但毫無疑問這些產品抓住了投資人的心，讓他們印象深刻。去年十月，Google 領投了 Magic Leap 一輪 5.42 億美元的融資，使這家四歲的公司估值達到了 20 億美元。Magic Leap 的創始人和 CEO，Rony Abovitz，在 Reddit 上公開宣稱：“我相信人們會非常喜歡這種新型的計算設備（能力），它絕不會比他們理想中的移動設備差。”
Magic Leap 網站上發布的圖片彰顯了他們的勃勃野心：一只小小的大象在一個人的手掌中嬉戲；孩子們為教室中懸浮的海馬歡呼鼓掌；飛龍振翅越過紫色的天空。一篇特別的專 利說明展現出 Magic Leap 的愿景：他們要將全世界變成一塊觸屏——同時又不需要屏幕存在。（就像他們正在申請的商標上的那句口號：“世界就是你的新銀幕”）
微軟已經暗示了 AR 設備的多種潛在功能，在 4 月份的開發者大會上，微軟首次推出的應用包括教育、工作場所、手術室、實驗室等。凱斯西儲大學（Case Western University）的研究者們與微軟合作，試圖變革醫療教育和健康管理。例如，借助于 HoloLens，它能夠展示出一個全 3D 的還在供血的心臟模型，你還可以對它進行旋轉，這將為有經驗的外科醫生和醫學專業的學生提供重要的可視化線索。
在另一個令人激動的演示中，微軟展示了 HoloLens 如何能使用火星車所收集的信息，讓你感覺自己站在這個紅色星球上。NASA 計劃今年夏天使用這個技術來控制他們的火星車。利用這個裝置的手勢命令，NASA 的科學家還將能夠相互協作。
無論是創業新貴 Magic Leap，還是老牌巨人微軟，他們所描述的一切，都像魔法一樣，這真的可能成為現實嗎？考慮到商業競爭和工業間諜，微軟和 Magic Leap 對硬件細節嚴格保密，但是專利和商標文件顯示，Magic Leap 的技術是直接將光線投射到視網膜，產生的圖像和你平時所看到的一樣。
Wetzstein 解釋道：這種方式能欺騙大腦，讓它無法分辨光線是來自外界，還是來自于 Magic Leap 的微型光纖投影器。這樣密集的光場顯示，允許眼睛可以感知到不同距離的物體——創造出景深的感覺，使眼睛能聚焦在虛擬的物體上，就如同它們真的存在于現實 世界中一樣。與 Google 眼鏡所形成的懸浮平面畫面不同，Magic Leap 的虛擬物體直接投射到周遭環境，所以看上去非常真實。
微軟還沒有確切的說明 HoloLens 如何將光照入人的眼睛，但 Wetzstein 發表的一些關于近眼顯示的論文，披露了可以通過多種方法創造出與 Magic Leap 相似的光學效果。微軟發布的技術說明稱，HoloLens 使用計算機傳感器從現實世界采取即時數據，以確保其全息圖象能準確融入周圍的現實環境，一個定制的全息處理單元（HPU）負責以足夠快地速度來獲取并處理 這些數據，從而避免視覺延遲。另外，除了上述的全息圖像，這一設備還采用了雙耳音頻，即兩耳能聽到不同的聲音，或是說 “空間的聲音”，換句話說，你聽到的聲音和聲源與你雙耳的相對位置有關。這樣，你會真的能夠聽到巨龍朝你俯沖而來，怒吼聲灌滿你的右耳。
但在這些可能發生之前，AR 設備仍然面臨著許多障礙。其中最主要的是如何將這么多的硬件整合成一個無線的、輕便的頭戴設備，其大小和價格應該和一副比較昂貴的太陽鏡相當。換句話說， 問題不再是是否能夠將全息的圖像與現實完美的融合，而是以什么樣的成本，怎樣完美實現這個理想。
Wetzstein 說：“我已經試過了市場上所有類似的設備，我仍然覺得我們任重而道遠……如果 Magic Leap 可以實現他們所承諾的效果，那將會是一個重大的改進。然而，AR 面臨著許多挑戰，因為設備需要尺寸小且能耗低，而且還有許多光學、電子學和視覺效果的挑戰。”他進一步指出，AR 顯示必須以圖像的形式強有力地表現出“一種驚人的視覺體驗”，與此同時還要保持小型、舒適和便攜，從而讓用戶有穿戴它的欲望。
《麻省理工技術評論》的 Rachel Metz 記者曾試戴過這兩款設備，她認為 Magic Leap 計劃推出的目標產品的成像效果不如另一個版本，但后者的尺寸要大于目標產品。她表示，雖然微軟已經在開發者大會上展示了 HoloLens，公眾也能了解到其大小尺寸，但 Magic Leap 對于自己產品的大小還尚未確定。
普渡大學計算機圖形學助理教授 David Whittinghill 表達了自己的擔憂，“很多數字設備的奇跡往往被一個因素制約，那就是能耗。你如何讓電池為這些視頻記錄儀來供電？你如何做到小型化？你如何讓它移動并且將 重量降到人們可以隨身攜帶的程度？”Wetzstein 也指出，AR 設備要想成為日常生活中的可穿戴設備，它還需要一個足夠明亮的顯示來在戶外使用。但是話又說回來，顯示越亮能耗越多。
此外，如何產生具有現實感的“幻象”，并將他們自然地與周遭背景融為一體的難題一直存在。在頭戴設備上，任何輕微的投影錯位或時間延遲都可能讓 人產生不適，一點小問題就會讓人對設備產生厭煩，而一次明顯的錯誤背景映射會讓人認為設備完全無法正常工作。計算機視覺正可以解決這些問題：頭戴設備需要 知道眼睛正看向何處何物，還必須能感知周圍的真實世界，知道什么東西正在移動而什么東西保持靜止。
然而即使虛擬的圖像能成功地與物理世界正確對接，設備本身也達到了合適的可接受的大小，但 AR 的觀感可能仍比不上 VR 設備中更寬闊的視野。盡管 Demo 展示了浸入式的 AR 體驗，但實際上，頭盔內的視野仍然限制在一個較小的窗口內。參加微軟開發者大會的記者提到圖像經常會跳出 HoloLens 的視野之外，而據《連線》雜志估計，這個范圍大概在 40 度左右。
有些人形容 HoloLens 過窄的視野顯示區域只有大約一臺電視機尺寸大小，這無疑削弱了全息影像的體驗，而另一些人則受“目光所及之處外圍區域未經任何增強處理”導致的視覺斷層困 擾。Verge 網站的 Adi Robertson 談到他的理解：任何事物一旦移出視窗之外就消失了，所以對外圍視覺的渲染就顯得多余。Quartz 網站的 Alice Truong 稱 Hololens 受限的視角為“隧道視覺的 AR 版”。
在 NVIDIA 公司負責近眼顯示研究的 David Luebke 說，AR 顯示普遍存在的一個嚴重問題就是有限的視角。Luebke 正在和美國北卡州立大學合作一項名為“點光顯示”的項目，這種顯示擁有 100 度的視角，也許隧道效應將不會成為未來 AR 設備的短板。但在實現該目標之前，Luebke 相信 VR 設備所具備的寬闊視角，使得其更可能成為日常工作或娛樂中的利器，比如取代傳統立方體式的顯示器。倘若能夠在 Oculus Rift 所提供的完整視野下欣賞電影，誰還愿意費勁地看懸浮于眼珠子前一小塊屏幕的視頻呢？更何況萬一距離不對，播放一半的電影將會突然消失。
鑒于上述困境，很難出現一家壟斷的情形。Starner 預計，相對于一家獨大，用戶們更愿意選擇全套的 AR 與 VR 設備，可以實現不同分辨率下觀賞需求，“比如視頻游戲更適合大視野，而對醫院的手術室、信息應用以及個人信息管理以及其他的一些應用，你只需要一個小視 野。”
這些偏好表明未來的可穿戴設備需要滿足：人們必須想要穿戴它們。谷歌眼鏡的失敗擺放在 HoloLens 和 Magic Leap 面前，成為它們需要面臨的困境。早期的谷歌眼鏡使用者都因公開穿戴這個產品受到了指責。（有位連線雜志記者因為長期佩戴 Google Glass 而被朋友稱為“眼鏡混蛋 Glassholes”——譯者注）
Magic Leap 如果想要得到大規模應用，它不僅要像蘋果手機那樣吸引所有人的眼球，更要對那些沒有穿戴這個設備的人完全無害。“如果你因為別人異樣的眼光而不在公共場合 穿戴谷歌眼鏡，那誰又會在意它是否對你有害呢？”明尼蘇達大學運動機能學的一位研究近眼設備運動傷害的教授 Thomas Stoffrengen 做出這樣的評論，“AR 可以減少這些問題，但這是否仍然會是一個社會問題，我們將拭目以待。”
微軟公司首先想到的是推出一臺不用長時間穿戴的設備——它將為專業研究提供便利——這也就有可能使這臺設備比 Magic Leap 更加受歡迎。加州大學的一位專門研究早期可移動 AR 設備的研究人員 Tobias H?llerer 教授預測道：“這些即將上市的設備的應用領域將會較為狹窄”——這也就意味著它們可能僅將用于處理那些智能手機不能完成的任務。
一些細分的商業市場——建筑師展示藍圖，游客參觀古遺址，水管工建議維修——本身不會大規模使用，但他們至少會使社會有效開拓消費者的專業和個性化使用。
也許最有效的說明大眾是否能接受頭戴式設備的測試是 Starner，他穿帶個人計算機系統來改善生活的時間比任何人都長。1993 年，Starner 首次把笨重的個人電腦設備裝在一個肩袋里，一位計算機科學家問他為什么想要一個移動電腦。Starner 說，當他現今穿著更另類時尚的頭戴設備時，人們會把他拉到一邊問：“這是什么？我能試一試嗎？我能買它嗎？”當然，計算機和它們的科學家們，走過了很長 路。
Vannevar Bush 預測，半個世紀之后，可能真的“世界已經到達一個設備具有超高可靠性并且便宜而又復雜的時代，這些東西一定會到來。”
添加個人微信號“jiqizhixin2014”。本文來源于微信公眾號：機器之心（almosthuman2014）