中國VR/AR技術和應用取得重大突破

　　VR/AR概念的興起促使我國高校、研究機構以及企業加大相關技術研發投入，在企業、高校和研究機構等的共同努力下，我國VR/AR產業在關鍵核心技術和重點應用領域取得了多項重大突破，有的甚至走在世界的前沿。

 

 

　　在VR/AR顯示終端方面，不管是從部分參數上看，還是按照輕薄設計來衡量，我國企業已經可以和世界巨頭比拼。在2016ChinaJoy上，Hypereal展示的VR頭盔Pano，采用2K分辨率的OLED顯示屏，擁有110°視場角、90Hz刷新率以及11ms的延遲率，在部分參數上已經超越了OculusRift、PSVR。

 

　　同樣，我國AR眼鏡產品在某些參數上也不輸于微軟的HoloLens。其中，耐德佳AR眼鏡NED+X1視場角（FOV）超過40度，比Hololens視場角提升20%以上；其光學分辨率高達1920×1080，是國際上首款全高清AR智能眼鏡。影創一款兼具AR/VR的頭盔Halo，70度視場角，整體時延控制在13ms內。

 

　　從輕薄設計上看，我國VR/AR眼鏡已經處于世界領先。多哚V1智能眼鏡僅重88g，厚度16mm，搭載2K高清解析，實現105度的視角場。悉見科技SeengeneX1的重量為166g，比HoloLens輕410g。

 

　　而且我國虛擬現實眼鏡已經應用于航空航天領域。中國航天員科研訓練中心與北京理工大學等研制的虛擬現實眼鏡，成功應用于33天“太空之旅”中的航天員心理舒緩。

 

 

　　在交互技術上，我國企業已經走在世界前列。傳送科技的TPCAST是全球第一個無線VR顯示商業產品。該設備解決了HTCVive一直以來被線纜束縛的問題，可以支持2K@90Hz高清內容，傳輸速度可以達到3.5GB/s，最低延遲可以達到15ms。

 

　　七鑫易維是國內首家擁有自主知識產權的眼球追蹤和眼動控制技術的科技公司，去年發布了全球首款VR眼球追蹤模組aGlass。其追蹤范圍是垂直30°和水平50°，追蹤速度最高可達380Hz，追蹤精度小于0.5°，延遲低于5ms。英偉達全球副總裁兼中國區總經理張建中認為，七鑫易維眼球追蹤技術超過全球其他科技公司。

 

　　Hypereal自主研發的激光定位方案，可以讓使用者在一個30平方米的范圍內，準確定位到頭部和雙手控制器的位置（毫米級精度）。

 

　　還有Ximmerse和諾亦藤等。前者旗下有VR輸入控制設備MACE、VR萬向移動平臺Teleport以及光學手勢跟蹤設備和觸覺反饋設備。后者開發了具有國際領先水平的“基于MEMS慣性傳感器的動作捕捉技術”，并在此基礎上形成了一系列具有完全自主知識產權的低成本高精度動作捕捉產品。

 

　　此外，我國交互技術理論的突破也值得關注。中山大學人機互聯實驗室提出ER（ExpandedReality）即“擴展現實”的概念，為業界首創。VR與物聯網樣本整合，不但能體驗，還能實時操作物理過程。采用第一現場與第二現場之間的主從機器人操控系統，代表未來VR與IoT中的設備聯接技術迭代的第一階段，原則上證明，在網絡化VR中生活的人們無需脫離沉浸式虛擬環境就可以完成實質性生產任務。

 

 

　　在光場技術方面，疊境數字科技（上海）有限公司不僅首創動靜結合光場拍攝系統，還實現高精度光場三維器件建模。其中動靜結合的光場采集系統包括80個動態PointGray相機和80個靜態Canon單反相機，可以同時從360度方向采集同一個物體表面反射光線。動態相機分辨率不低于2K，主要用于動態形變物體的實時建模；靜態相機分辨率不低于2K，主要用于實現高質量表面反射特性采集；單幀拍攝累計采集并處理光線數量達到十億級。運用疊境獨創的光場反向追跡算法，可以將實時的動態幾何信息與高質量的靜態光線信息融合在一起，從而對動態的非剛體模型也能高質量重建。目前國際上類似的技術只能在高質量和高幀率之間做出選擇，而疊境的動靜態光場采集系統打破了這一限制，實現了我國在VR光場技術上的獨立創新和突破。

 

　　而疊境數字的光場三維器件建模重建精度達到亞毫米級，同時還實現了從光場采集到光場模型渲染的端到端系統，減少人工干預程度70%。同時疊境還大力開發了光場壓縮技術，實現了當壓縮比達到500∶1時，壓縮質量PSNR仍保持30dB以上，且編解碼速率達到30fps，降低了帶寬要求，在手機端可以流暢體驗光場VR，實現了真正意義上的“移動VR”。

 

 

　　在重點應用領域，我國高校和科研機構成功地將VR技術應用到軍事、醫療、建筑等領域，有的已經達到世界先進水平。北京大學VSV視景仿真系統是國內唯一全部代碼自主編寫的視景系統，基本達到了世界一流水平。VSV視景仿真系統由地景數據組織與分發調度服務系統、三維場景動態組織與繪制管理系統、場景繪制引擎、物理仿真引擎和三維視景仿真生成系統等功能模塊組成。其繪制引擎支持每幀數萬量級的燈光實時繪制，并能真實模擬全球動態海洋、大氣散射、光照變化、風雨雪霧等特效。系統繪制幀率可達60FPS以上，能完全滿足飛行模擬視景仿真系統的實時動態交互需求。

 

　　北京航空航天大學研發出可支持個性化的經皮冠狀動脈成形術（PCI）模擬器。該PCI手術模擬器對心血管結構和心臟等主要器官的建模精細度達到100萬面片以上，物理計算單元達到10萬個以上，視覺仿真頻率達到30幀/秒，力反饋相對誤差為5%，虛擬碰撞力的計算效率達到1000HZ。

 

　　據介紹，該PCI手術模擬器的功能和性能指標達到了國外同類商業化產品的先進水平，具有計算效率高、精度高、魯棒性好等特點，能夠將個性化手術預演與模擬訓練緊密結合，可為醫生提供更多的訓練案例，最大程度地降低臨床手術風險。

 

　　同濟大學軟件學院圖形圖像研究中心開發出一個基于輕量級BIM（BuildingInformationModeling）的智慧建筑（Smart_Web3D_BIM）可視化服務平臺。該平臺突破了輕量級Web3D-BIM關鍵技術（輕量化預處理、細粒度化預處理、漸進式傳輸、增量式網頁級渲染處理等），成功地將大規模BIM場景放置在移動互聯網上，用戶無需下載安裝任何插件，僅僅點擊網頁即可輕松在線瀏覽（甚至那些在單機用Revit等也很難打開和瀏覽的）大規模BIM場景。該技術使得智能城市的規劃、設計、施工、審核、養護、竣工、運營等透過輕量級BIM可視化技術在移動互聯網有機地“整合”起來了，實現了“Internet+”、“VR+”和“BIM+”的集成，其應用前景無限光明。

 

　　VR/AR產業還處于發展初期，我國高校、研究機構和企業正在加大技術研發投入，通過多方的技術布局縮短與國外的差距，而且取得了顯著的成果，我國在產業發展的部分領域已經引領世界潮流。（本報記者 林美炳）