將全世界變成一塊觸屏，虛擬現實 VS 增強現實，未來的“現實世界”屬於誰？ 精選

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、曾㶲、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後，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裏的研究者，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裏，我們的頭戴設備才變得不那麼碩大、笨重和昂貴，圖像疊加技術也逐漸發展，不再侷限在細細的線條內。

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不同之處在於，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後來回看的時間。1993年，現為喬治亞理工學院教授的Thad Starner製造了可搜索和錄製信息的程序設備，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後，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，Facebook旗下的Oculus VR表示Oculus Rift 將於明年正式面向顧客。同樣的，HTC的Vive 和Oculus與三星聯合打造的Gear VR也將於今年底搶佔市場。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都還沒有確切的發佈時間。
不再是有先見之明的科學家、科幻小説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中意味着你無法不撞到牆的四處走動，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説，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説：“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、户外遊戲等等，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 還停留在祕密研發階段，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，是一位有着多年遊戲設計經驗的設計師，他表示儘管自己一開始對Magic Leap持懷疑的態度，他還是被説服去參觀了Magic Leap的辦公室。在那裏，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並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，我馬上就説，‘我該如何參與進來？’ ”

雖然不知道Magic Leap去年展示給Google風投機構的是什麼產品，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網站上發佈的圖片彰顯了他們的勃勃野心：一隻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。一篇特別的專利説明展現出Magic Leap的願景：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，藉助於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，還是來自於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於現實世界中一樣。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。

微軟還沒有確切的説明HoloLens如何將光照入人的眼睛，但Wetzstein發表的一些關於近眼顯示的論文，披露了可以通過多種方法創造出與Magic Leap相似的光學效果。微軟發佈的技術説明稱，HoloLens使用計算機傳感器從現實世界採取即時數據，以確保其全息圖象能準確融入周圍的現實環境，一個定製的全息處理單元（HPU）負責以足夠快地速度來獲取並處理這些數據，從而避免視覺延遲。另外，除了上述的全息圖像，這一設備還採用了雙耳音頻，即兩耳能聽到不同的聲音，或是説 “空間的聲音”，換句話説，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衝而來，怒吼聲灌滿你的右耳。
但在這些可能發生之前，AR設備仍然面臨着許多障礙。其中最主要的是如何將這麼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。換句話説，問題不再是是否能夠將全息的圖像與現實完美的融合，而是以什麼樣的成本，怎樣完美實現這個理想。

Wetzstein説：“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面臨着許多挑戰，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，從而讓用户有穿戴它的慾望。
《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，但後者的尺寸要大於目標產品。她表示，雖然微軟已經在開發者大會上展示了HoloLens，公眾也能瞭解到其大小尺寸，但Magic Leap對於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，“很多數字設備的奇蹟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？你如何讓它移動並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户外使用。但是話又説回來，顯示越亮能耗越多。

此外，如何產生具有現實感的“幻象”，並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，知道什麼東西正在移動而什麼東西保持靜止。
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。儘管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》雜誌估計，這個範圍大概在40度左右。

有些人形容HoloLens過窄的視野顯示區域只有大約一台電視機尺寸大小，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餘。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説，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，誰還願意費勁地看懸浮於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。

鑑於上述困境，很難出現一家壟斷的情形。Starner預計，相對於一家獨大，用户們更願意選擇全套的AR與VR設備，可以實現不同分辨率下觀賞需求，“比如視頻遊戲更適合大視野，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。Google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Google眼鏡使用者都因公開穿戴這個產品受到了指責。（有位連線雜誌記者因為長期佩戴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Google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台不用長時間穿戴的設備——它將為專業研究提供便利——這也就有可能使這台設備比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 Höllerer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”——這也就意味着它們可能僅將用於處理那些智能手機不能完成的任務。
一些細分的商業市場——建築師展示藍圖，遊客參觀古遺址，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。

也許最有效的説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裏，一位計算機科學家問他為什麼想要一個移動電腦。Starner説，當他現今穿着更另類時尚的頭戴設備時，人們會把他拉到一邊問：“這是什麼？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，半個世紀之後，可能真的“世界已經到達一個設備具有超高可靠性並且便宜而又複雜的時代，這些東西一定會到來。”
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