让VR产业由愿景到成熟应用的技术有哪些？

2016年5月19日，中共中央、国务院印发了《国家创新驱动发展战略纲要》，纲要中，将自然交互与虚拟现实列为战略任务之一；６月１日，新华社编发当今世界八大热门科技，虚拟现实名列第二；6月3日，台北电脑展报道，未来vr会影响pc机的发展，pc机融入vr元素，vr元素可能带动笔记本电脑复兴。
今年的高考题目中，也出现了虚拟现实的作文题目。上到国家战略，下到学生考试，都在讲虚拟现实。
其实，此前oculus 20亿美元卖身facebook，已经让vr声名大噪，甚至有人说vr可能是继pc、手机之后的下一个计算平台。进入2016年，vr继续被热炒，但目前这还是一个前景不够明朗的产业，真正能够促进vr产业全面落地的仍然是扎扎实实的技术，而不是花里胡哨的炒作。虽然现有的技术水平与硬件还不能为用户提供良好的虚拟现实体验，但技术以及硬件都是一个渐变的过程。
vr不是一夜间冒出来的!
vr（virtual reality，虚拟现实），是由美国vpl公司创始人拉尼尔(jaron lanier)于20世纪80年代初提出的，其具体内涵是综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，计算机上生成的在可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。
其实，早在提出这个概念之前，vr设备就已经出现了，只不过那时候并没有人称其为vr。时间退回到1957年，名为“sensorama”的设备诞生了，虽然巨大、笨重、操作复杂且效果很差，但它却是世界上第一台vr设备。准确来说，sensorama是一个大型的显示器，通过专门的3d摄影机和放映机来拍摄和重现画面，观众坐在屏幕前，配合专门的震动座椅、立体声音响，甚至还有风和气味，以此带给观众逼真的体验——也可以说，sensorama更接近现在的4d电影。这一设备的发明者就是莫尔顿·海利（morton heilig），被后人称为“虚拟现实之父”。
如此有时代感的照片居然能和vr扯上关系
随后，美国计算机学者道格拉斯·恩格尔巴特（douglas engelbart）改进了海利的发明，使用计算机屏幕让这个初级的虚拟现实装置变得可以接收信号，让使用者转移目光时也能看到相应的影像。1966年，这套改进后的虚拟现实装置被美国空军用作模拟训练系统。
1968年，经过多次改进，美国计算机科学家伊凡·苏泽兰（ivan sutherland）才发明了一款更类似于现代vr设备的虚拟现实头盔，被公认为是第一款真正意义上的虚拟现实设备。
麻省理工学院在1977年设计了一款城市虚拟地图设备，叫做aspen movie map（amm），这款设备的主要功能类似于谷歌的街景地图，将科罗拉多州中西部城市阿斯彭（aspen）的全部街道照片收录到计算机中，并可以模拟出人在街道上行走的视觉效果。
1991年一款名为“virtuality 1000cs”的虚拟现实设备充分地为当时的人们展现了vr产品的缺陷——外形笨重、功能单一以及价格昂贵，虽然被赋予希望，却依然仅仅是概念性的存在。
virtuality 1000cs的概念级存在
任天堂发布了名为“virtual boy”的虚拟现实主机，但太过超前的思维很难支撑起残酷的现实。这款vr设备在当时被时代周刊评为“史上最差的50个发明之一”，仅仅在市场上生存了六个月就销声匿迹。当时有人说，vb的失败来自内外部能量的共同夹击，一方面vb开发者横井军平的得意弟子拒绝参与游戏开发，另一方面史克威尔借故推诿让许多vb游戏计划大幅度延迟，说到底vb失败的原因还是在于不合时宜，它的理念很超前，然而这一步在当时看来的确迈得太大。
21世纪以来，军事等领域已经有了类似的设备，但同样面临造价昂贵、体积庞大等问题，因此普通消费者很难接触到。
2012年8月，一家新成立的公司在众筹网站kickstarter开启了vr设备的众筹计划。这个名为oculus的计划以可以接受的价格将广角、低延迟的沉浸体验带给了大众。oculus rift是一款虚拟现实显示器，能够让使用者身体感官中“视觉”的部分如同真实地进入到了游戏中，这就向《黑客帝国》中所展示的技术又迈进了一步。oculus rift 能够提供的是虚拟现实体验，戴上后几乎没有“屏幕”这个概念，用户感受到的是整个世界。
罗马不是一日建成的，显然，vr也并非一夜之间冒出来的！
业界声音
imagination technologies powervr业务拓展总监 chris longstaff
vr硬件已经进入令消费者满意的时代
chris longstaff
业内许多专家一直在探讨，vr会在何时以何种方式在主流市场取得成功。虽然从技术和价格上来说，想要实现完美无瑕的vr游戏体验极具挑战性，但是目前vr最主要的应用领域显然还是在游戏方面。
今年将是vr硬件生产成本进入可接受范围的一年，这在很大程度上消除了模拟不适并带来了极具吸引力的vr体验。vr硬件现在已经实现双通道高分辨率播放效果，进入了令消费者满意的vr时代。
imagination在vr开发方面的投入越来越多，这样就可以帮助合作伙伴打造优化的解决方案。最终，vr的成功与否将通过它在移动和家用游戏市场的表现来定义。而移动和家用游戏市场正是imagination大力投入的领域，当前正在与行业合作伙伴展开合作，例如与google在daydream项目上进行合作。
另外一个重要的领域是在光线追踪技术方面的投入。光线追踪是vr的核心图形技术之一。光线追踪gpu为未来实现相片级别的真实度（photorealism）提供了技术支持。通过混合渲染（hybrid rendering）技术，imagination已将powervr光线追踪硬件与传统的移动图形处理器相结合，可提供满足用户期望的vr系统图像品质，且不会超过移动设备的功耗和价格预算。
在软件方面，开发者可通过优化渲染代码从硬件中获得最佳性能。举例来说，imagination推出了几项新技术来更正镜头系统带来的多个失真问题，并通过算法将从动作到光子（motion-to-photon）的延迟值降低到了20 ms。这些软件的优化在为消费者提供更为真实的vr体验方面具有举足轻重的作用，因此也极大地增强了这类新设备的吸引力。
另一个对消费者来说比较重要的因素是vr固定式头盔。目前，许多vr系统仍旧依靠pc或游戏机来提供内容，并通过电线连接到头戴设备上，但是，消费者不想要累赘的电线。imagination的powervr视频ip可提供具备非常高保真效果、高分辨率、高帧频和低延时的视频编码和解码。使用powervr视频解决方案，在传输4k 120 fps视频的时候，可将端到端的延迟降低到几毫秒。
瑞芯微电子股份有限公司全球高级副总裁及市场部总监陈锋
芯片是影响沉浸体验的核心
vr作为下一代计算平台，芯片是影响沉浸体验的核心，也就是在今年，“全球vr技术标准”首次明确vr产品三大关键技术标准，即低于20 ms延时、75 hz以上刷新率及1k以上陀螺仪刷新率，这将指导vr行业的游戏规则。
瑞芯微今年推出了一款应用于vr头显设备的芯片rk3399，其具有以下特点：4k 360度全景视频解码，并兼容2d/3d片源；延迟低于20 ms；显示刷新帧率支持75~120 hz；3亿以上三角形输出率；支持2k/双fhd高分辨率屏幕；支持光学软件反畸变、反色散、瞳距调节算法；支持软件及硬件两种左右分屏方式；支持主流游戏引擎平台。
瑞芯微电子股份有限公司全球高级副总裁及市场部总监陈锋表示：vr的高端处理是在pc上，对显卡的要求很高， vr起源于视频，其最终的方向是社交，借助vr可以变成任何想象中的人物，不过前提是最终的场景要具有很强的沉浸感。瑞芯微凭借在平板电脑市场积累的技术优势布局vr生态系统，从硬件方面看，需要有显示屏、光学元件，从软件的角度看，需要不断对系统进行优化，才能将vr产品变成消费者能够使用并且乐于使用的产品！
vr软件为硬件平台保驾护航
vr是仿真技术的一个重要方向，是利用计算机为用户提供一个交互式虚拟三维空间，在这个虚拟空间里，除了能用肉眼看到实时动态的三维立体逼真图像外，还能满足听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至包括嗅觉和味觉等，能够有这样的体验，软件在其中起着重要的作用。
如同电脑、手机进入“硬件搭台，软件唱戏”时代，vr有了强大的硬件平台之后，后续也需要更具创造力的虚拟现实软件保驾护航，针对不同的应用领域，会出现不同的支持软件。比如：虚拟现实整合软件及平台（virtools、nibiru虚拟现实游戏平台、quest3d、三维虚拟现实软件开发平台webmax等）；语言类虚拟现实工具（高阶着色器语言hlsl、虚拟现实建模语言vrml、三维图像标记语言x3d等）；视觉类虚拟现实工具及应用（flash 3d、3d播播等）；触觉类虚拟现实工具（haptics）。可以看出，虚拟现实硬件产品目前还是比较单一的，但是软件发展已经呈现出百花齐放之态！
编辑观点
vr所做的工作就是阻断人原有的视觉输入，用虚拟影像光线占据全部视觉，从而实现与影像的交互，达到“欺骗”大脑的效果，这背后需要的支撑技术是非常多的，参见图1。
图1 vr产业涉及的技术
目前，vr产业突然之间受到热捧，诱导了不少国内创业者跟风进入，但是这并不是一块好啃的蛋糕，需要扎实地在技术层面做积累，否则到了成熟应用阶段，围追堵截的肯定是一堆堆的专利，智能手机就是前车之鉴！