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浅析 XR 的几大应用场景
开发 开发工具 VR/AR
前两期我们分析了XR的概念,XR关键技术了解到XR实际是一个概括性术语,囊括了增强现实(AR),虚拟现实(VR),混合现实(MR)以及介于它们之间的所有内容。这一期我们就XR的应用场景展开讨论。

Labs 导读

前两期我们分析了XR的概念,XR关键技术了解到XR实际是一个概括性术语,囊括了增强现实(AR),虚拟现实(VR),混合现实(MR)以及介于它们之间的所有内容。这一期我们就XR的应用场景展开讨论。

XR业务形态丰富,产业潜力大、社会效益强,以虚拟现实为代表的新一轮科技和产业革命蓄势待发,虚拟经济与实体经济的结合,将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。XR应用可分为行业应用和大众应用,行业应用主要包括工业、医疗、教育、军事、电子商务等,大众应用包括游戏、社交、影视、直播等。XR应用正在加速向生产与生活领域渗透,“VR/AR/MR”的时代已开启,据高盛公司预测 2025 年全球虚拟现实软件应用规模将达到 450亿美元。

1、工业、军事方面

虚拟/增强现实成为在智能制造领域的发展重点。在《中国制造2025》重点领域技术路线图重大政策文件中,虚拟现实被列为智能制造核心信息设备领域的关键技术之一,通过智能制造各个环节的信息获取、实时通信,以实现动态交互、智能决策分析和智能控制。

以汽车产业为例,虚拟、增强现实在需求分析、总体设计、工艺设计、生产制造、测试实验、使用维护等环节的应用,实现了汽车设计制造测试的一体化。汽车厂商凭借虚拟/增强现实可视化、可交互的技术特点,在与真实汽车同比例的虚拟空间中,动态调整设计细节与总体原型,同时进行各类路试、碰撞、风洞测试,通过虚拟设计、生产模拟、工艺分析与虚拟试验,大幅缩短了新车研发周期,降低了研发成本。目前,美国车联网与自动驾驶试验基地MCity计划通过虚拟现实方式将虚拟试验中的信息发送给真实场景下的车辆决策控制系统,以进行不同交通情景下的用例测试。此外,奥迪、福特、宝马、克莱斯勒、丰田、沃尔沃等主流车企积极引入 VR 技术用于汽车研发。奥迪推出了基于VR的虚拟装配线校验,使流水线工人在三维虚拟空间内完成对实际产品装配工作的预估和校准,显著提升了生产与组装效率。福特使用VR技术检查汽车的整个外观与内饰设计,并查看特定细节,深入优化人体工程学设计。宝马计划把VR技术引入汽车研发的早期工作中,在汽车设计环节,身处不同地区的开发设计团队通过VR实现远程协作,并针对模拟的试驾场景,帮助工程师快速修正设计草案。

基于工业互联网/物联网平台,虚拟/增强现实成为实现数字孪生(Digital Twins)的核心技术之一。以工业软件巨头PTC为例,PTC将其在产品设计、PLM领域积累的核心优势整合至Thingworx平台,并推出以数字化映射为基础的整体框架和整套解决方案。依托 Creo、Windchill、Axeda 等平台软件,在虚拟空间中构建出与物理世界完全对等的数字镜像,成为将产品研发、生产制造、商业推广三个维度的数据全部汇集的基础,其虚拟现实解决方案 Vuforia 实现了数据信息与真实物理环境间的互动,成为进行阶段性数据验证、业务流程参考的重要支撑。

 

图1 Thingworx平台

 

在军事方面,AR的使用也越来越多,据报道美国陆军于2021年3月31日和微软签署了一份价值219亿美元的合同。根据这份订单,微软主要将在未来十年总共为美军提供12万套HoloLens AR增强现实头盔和相关的技术支持。

这款AR头盔以微软Azure的云计算和人工智能为基础,将图像通过AR头盔叠加到佩戴者的现实视野中,提供3D地图显示,即时热成像夜间视野等信息,增强佩戴者的感知能力。这些信息和士兵的视野还可以被共享给其他士兵和长官,辅助士兵在复杂环境中做出更正确的决策。此外,这款AR头盔还能模拟出敌人的全息影像,可在模拟演练中提供更逼真的作战环境。美军很早就开始接触AR设备,1962年就在美国空军飞行员的头盔上装配了类似车用抬头显示的装备,能将重要信息投射到头盔玻璃上。并在70年代应用于飞行员对热成像导弹的追踪。

2、医疗、教育方面

在医疗健康领域,虚拟/增强现实是传统医疗手段的有效补充。

首先针对医生短缺、医疗资源分布不均、诊疗方式单一等看病难的问题,虚拟/增强现实远程医疗,临场感极强的远程诊疗的感受,有助于丰富教学和诊疗手段、降低治疗风险、提高设备利用率、平衡医疗资源,为医患双方创造便利条件。虽然无法完全取代真实诊疗过程,但现已作为传统医学手段的有效补充。

此外可用于模拟医学、医疗工具、诊疗方案方面,主要涉及医学教育培训、心理/精神疾病治疗、强化临床诊治、医学康复护理和远程医疗指导等业务场景。基于虚拟现实的医学教育培训便于医学用户以更加直观、高效、安全的方式学习专业知识,实践专业技能。同时有助于节省医学教育成本,缓解了解剖医学解剖样品供应严重短缺,帮助医学生在虚拟手术台上反复练习,加快对解剖结构的理解,解决了医生职业的准入门槛高、需要大量解剖练习掌握实战技巧等问题。此外,外科医生可在重大手术前开展模拟和训练,进而对手术过程中可能出现的问题提前预知。例如Level Ex通过对人体组织动力学、内窥镜设备光学和运动流体的现实模拟,针对外科手术医生提供了一种避免对人产生伤害的手术训练方式。心理/精神类疾病诊治中采用虚拟现实疗法可免于创建真实治疗环境,通过为患者模拟不同的环境场所,提供认知行为刺激或进行暴露疗法,刺激病患大脑中相关的感应区,提供了一种治疗心理精神类疾病的无药物方法,且患者可居家治疗。例如凡聚科技构建出可诱发心理障碍患者恐惧和焦虑等情绪的虚拟场景,通过暴露疗法治疗恐高症、幽闭恐惧症患者。Relax VR 模拟海滩、海洋、海风、海浪等场景,对用户进行放松,缓解其压力、焦虑和抑郁。此外还有临床诊疗强化、医学康复护理等多个场景,在此不再细述。

 

图3 VR应用于医疗场景

 

此外在教育方面应用场景也很多。一方面是培训类,如前面医疗方面提到过的医疗培训,还有飞行员、驾驶员,宇航员仿真训练等。NASA 一直热衷于尝试各种 VR 技术。在它的喷气推进实验室里,你可以看到各个 VR 厂商最新款甚至是未发行的头显设备,包括 Valve、HTC、微软、索尼、Oculus、三星等。

 

图4 NASA VR 训练场景

 

在学生教育方面也有很多尝试,如西安某教育机构推出将K12教育中各个学科抽象的知识概念具体化;将宏观的、微观的、难点的知识点变得可视化,从而增强学生对知识点的理解,让学习变得简单高效,从而为老师减压,为学生减负。方案包括中小学VR K12学科教育、XR人工智能编程教育、VR校园安全教育等。并设计了VR未来教室,让孩子突破现实的束缚,迸射创造的火花。

3、游戏、社交方面

虚拟现实/增强现实在游戏方面的应用将成为当前拉动产业发展的重要动力。尤其是VR视频游戏,为用户带来更为真实而强烈的感官刺激,而庞大的用户基数以及核心玩家对于新技术的开放性态度使得VR游戏成为最先发展起来的 VR大众市场。AR游戏还在起步阶段。基于Valve和Steam的官方数据,Steam平台头显每月的连接数保持上升趋势,且增长幅度不断加大。据Steam平台,2021年2月头显连接数量再次创新记录:280万台,此前1月的新记录为260万。

受欢迎的VR游戏有射击类游戏、冒险类游戏、体育类游戏、解密类游戏、养成类、场景体验。最受欢迎的就是射击类游戏,如《Beat Saber》,一款VR和音乐结合的游戏,俗称“光剑”,玩家根据音乐节拍挥舞手中的光剑劈砍节奏方块,并且闪避障碍。截止到2021年2月售出400万份,营收超1.8亿美元创VR独占游戏销量最高纪录。还有《半条命:艾利克斯》,获得了媒体和玩家的一致认可,被称为“真正意义上的VR 3A大作”。

 


图6 半条命:艾利克斯

 

中国VR游戏也在逐渐崛起,由国内团队Caveman Studio研发的VR游戏《Contractors VR》于2020年12月4日上线Oculus Quest头显平台,上线后该游戏即登陆2020年Steam畅销VR游戏榜单。据了解,该版本上线1个多月,收入已超100万美元。国内2021年1月,赛博朋克风+情感悬疑《A.D. 2047》VR原生互动电影式游戏已经发布,标志着中国VR游戏的崛起。游戏以重庆为创作蓝本,虚构了一个30年后的赛博朋克科幻世界。通过UE4高逼真的游戏特效,丰富的QTE轻度交互,例如情景对话、射击、搏斗、解密、装置艺术等,让玩家身处其中,推动故事发展。

 

图7 Contractors VR

 

2021年2月Steam游戏节正式举办,超500款游戏将在游戏节展出。其宣传视频有很多酷炫的交互和特效。

在社交方面也有很多应用,虚拟现实/增强现实开启社交网络 2.0 时代。XR社交突破了传统社交的空间限制,通过虚拟化身、表情识别等更加精细丰富的交互方式,深化网络社交体验。目前 VR 社交代表性产品如 High Fidelity、Facebook等。High Fidelity 产品延续了《Second Life》的理念,旨在打造一个多元化的小型VR虚拟社会,人们可以在里面体验类似现实生活却又超于现实的社交体验;Facebook的VR社交平台Horizon在2020年8月开放注册,可以在VR中与朋友一起探索,游玩和创作的社交体验。

下图为2021年3月初微软在IT盛会Ignite 2021上与任天堂合作展示的HoloLens版本《Pokemon Go》。这个版本与此前的移动端版本有所不同,玩家可与宠物小精灵进行直接的互动,而且两位玩家在现实中相遇,能够看到彼此的宠物小精灵,来一场宠物小精灵Battle。

 

图9 HoloLens版本《Pokemon Go》

 

微软的MR云平台Mesh在这次大会被推出,可以通过其宣传片展望一下未来的生活。

4、影视、直播方面

虚拟现实/增强成为影视的一种全新表现形式。米开朗琪罗认为在艺术的境界里,细节就是上帝。虚拟现实作为一种全新的表现形式,细节呈现更加丰富。AR特效已经成为电影制作的重要环节,大片中震撼的特效很多都是通过AR技术将虚拟场景或者虚拟物品融入到情节中的。VR影视赋予了观众身临其境的沉浸体验,一方面表现为对分辨率、刷新率、色深、视场角、3D、低时延等更高画质的持续追求。另一方面,凸显出虚拟现实人机交互这一核心特质,影视游戏化趋势显现,即观众能够自主选择观影视角,甚至影响情节走向,实现“一千个人眼中,有一千个哈姆雷特”的多结局电影。

而直播,VR、AR当前已经成为必要元素。尤其是在晚会/节目直播中大放异彩。VR直播可以让用户更自由的角度去观看表演,如《舞蹈风暴2&时空凝结》8K VR直播,可以体验在舞台中央更近距离,更自由的欣赏舞蹈细节。而晚会的AR特效则是非现场用户的独享体验。最近比较火爆的晚会或都少不了吸睛的AR特效。如央视春晚牛起来节目,还有灯火里的中国的场景渲染,都是AR/MR特效的典型应用。

 

图11 2021春晚《牛起来》刘德华“现场”表演

 

目前国外活动行业依然受到限制,许多人开始寻求新的方式来举办活动,而这其中XR技术无疑是最佳的选择。美国著名歌手、词曲创作者Bryson Tiller,为了回馈粉丝与The 92 Group合作,在2021年3月18日创造了“Trapsoul Series”系列虚拟直播演唱会,有着非常精美的XR特效。演唱会为观众呈现了六个不同元素的世界,其中两个为现实场景,剩下四个为XR虚拟场景,由Xite Labs打造。

国内也有很多线上大型演唱会,如爱奇艺在2021年3月26日推出的THE9“虚实之城”沉浸式虚拟演唱会,参见下面的视频,效果媲美好莱坞大片质感的酷炫。

5、党建、文旅方面

2021年 5月10日,“2021世界沉浸式产业大会”中,围绕AR/VR、数字经济、文旅时代等开展的一系列论坛活动以及各大企业进行的展览展示,数字文旅、VR党建成重要趋势。今年是建党100周年,党建教育、宣传相关内容被各行各业的企业纳入计划,VR行业也不例外。

 

 

图13 VR党建机示意图

 

相比于单一提供VR硬件,这些VR内容解决方案商并非纯粹做内容,而是连着系统、设备组合成套提供,设备也并非单一的VR设备,互动屏、沙盘等等都能供客户自由选择。

旅游业也迎来新的契机,2020年11月30日,文化和旅游部、国家发展改革委等十部门30日联合印发《关于深化“互联网+旅游”推动旅游业高质量发展的意见》,提出优化“互联网+旅游”营商环境,以数字赋能推进旅游业高质量发展。今年3月,发改委、文旅部等28个部门联合印发《加快培育新型消费实施方案》也再次提及相关内容。推动无人化、非接触式设施的普及应用,并鼓励引导云旅游、云演艺、云娱乐、云直播、云展览等新业态发展。首先就是VR云旅游,可以将其理解为实景地图,主要起导览的作用,谷歌地图便是当中最典型的代表。

此外AR走进博物馆,让文物古迹“活起来”!在国内外有很多这种应用案例。如华为的河图为敦煌量身制作了感知影像,通过华为手机+华为河图APP,在敦煌透过手机屏幕可以看到鲜活的历史人物和场景。

此外还有很多领域,如生活辅助、地图等很多场景有对应的应用。

以上是XR应用场景的讨论,仅供抛砖引玉之用,后续周刊中会对XR的产业情况以及未来趋势继续讨论。

参考文献

[1] AR陀螺月刊及年度分析报告及新闻资讯.

[2] 信通院《虚拟(增强)现实白皮书》.

[3] 知乎逐鹿VR专栏.

[4] 影像骑士公众号XR云演艺的相关报道.

[5] 微软官网相关文档.

[6] cloud VR+产品白皮书.

【本文为51CTO专栏作者“移动Labs”原创稿件,转载请联系原作者】

戳这里,看该作者更多好文

 

责任编辑:未丽燕 来源: 移动Labs

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