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一篇文章帮你分清VR与AR

2020-08-06 17:19:54 原创

        VR 与 AR,作为一对难兄难弟,自打出生以来,就撇不清关系。很多时候,还会特意被“混为一谈”:XR。因为两者名称只差一个字母,很多眼镜也长的类似,所以经常有朋友分不清。对两者的应用场景也会有一些疑问,所以今天这篇文章就讲一下两者的区别。

一篇文章帮你分清VR与AR

        VR,虚拟现实,是指视野中的整个环境都是虚拟出来的,跟现实场景可以没有任何关系。你在自己家客厅里带上VR眼镜,可以瞬间来到外星球,跟好友们一起玩太空对战游戏。电影《头号玩家》就是描绘了这样一个世界。


        而AR,是指视野中仍然有现实世界的影像,但是在影像之上,额外叠加上虚拟的物体,叠加的物体需要跟现实场景能有“互动”,比如 能贴合到墙壁上,能放置在桌子上等,所以是对现实的增强,于是叫做增强现实。

AR 从具体实现上,又可以分 手机AR(下图) 和 AR 眼镜(上图)。手机AR是指透过手机屏幕看到现实场景,在场景上叠加上虚拟物体,相信很多人生活中都接触过,前些年大火的 《Pokemon Go》就是属于手机AR的范畴。这篇文章里,我们只介绍 AR眼镜这个方式。


AR 与 VR 光学结构上的区别

前面说到,AR是将虚拟物体叠加到显示场景中去,不要小看 “叠加” 这个词,就是多了这一步,使得 VR 和 AR 走上了完全不同的两条光学结构路线。

一篇文章帮你分清VR与AR

        首先,VR的光学相对简单,其实就是一个凸透镜成像,但是,这种光学结构,也决定了它当前很难小型化,因为 屏幕和 镜片 之间需要保持一定的距离,以保证正确的成像。


        所以大家看到的VR眼镜都是一个很大的盒子。

一篇文章帮你分清VR与AR


AR 与 VR 在定位识别技术上的区别与联系

        除了上文提到的光学结构上的不同,VR 和 AR 在定位识别技术上,也有一些区别。


        AR的光学结构使其能够在现实场景之上叠加现实虚拟物体,但是这只是第一步。AR要想叠的准,还要需要 “理解” 眼前的现实场景,这就用到了SLAM(实时定位与建图)技术。


        SLAM 全称是 Simultaneous Localization And Mapping,它是通过摄像头拍摄现实场景,检测追踪现实环境中的各种特征点,来对现实场景进行3D建模、平面检测等。只有对把现实场景的3D形态转化成数字信息后,虚拟物体才能比较真实的“放置” 到现实场景中。


        SLAM 技术可以说是AR中的核心技术,评价一款AR眼镜好不好,很重要的一点就是看它的SLAM做得快不快、准不准。


而 VR 中,因为所有的场景物体都是虚拟的,所以就不需要做SLAM来对现实环境进行检测和3D重建。但是为了正确地显示虚拟场景,它需要对头部的姿态做实时定位。


        早期的VR眼镜的六自由度定位,都是靠在场地中架设额外的设备配合眼镜里的传感器来实现定位(OutsideIn),而近年来新兴起了 InsideOut 定位技术(下图所示),则是靠头盔上的自带的摄像头拍摄外部景物,来反向估计自己的姿态,进行定位。这就使得 VR 跟SLAM 也扯上了关系。

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        与早期的 OutsideIn 外部定位技术比,InsideOut 定位技术可以使用户免去了复杂的外部设备架设环节,使得VR眼镜使用上的便捷性上有了很大的提升。


        除此之外,在渲染显示技术上,AR 也有更多挑战。


        比如,AR需要用到光照估计技术,来计算出眼前场景的光线强度、光源位置,然后把虚拟的光线打在虚拟物体上,来保证虚拟物体更好的跟现实场景融为一体,防止穿帮。(VR中则不需要)


        再比如,为了能让虚拟物体与实际物体看起来是在同样的距离上(比如在远处的建筑上放置一个虚拟物体),最理想的AR眼镜还需要支持多焦平面的显示,这个对传统的AR光学又是很大的挑战。(VR其实也需要类似的技术,但是迫切性小一些)