什么是擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)？

編輯注：本文最初發(fā)布于 2022 年 5 月 20 日，現(xiàn)已更新。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步改變了我們的工作、生活和娛樂方式，而這項(xiàng)技術(shù)才剛剛起步。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）是虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和混合現(xiàn)實(shí)（MR）等各種新沉浸式技術(shù)的統(tǒng)稱。

從游戲到虛擬生產(chǎn)再到產(chǎn)品設(shè)計(jì)，XR 使人們能夠在計(jì)算機(jī)生成的環(huán)境中進(jìn)行空前的創(chuàng)造、協(xié)作和探索。

什么是擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)？

虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)都屬于 XR 技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）將用戶帶入一個(gè)虛擬環(huán)境中。VR 用戶一般需要戴上頭盔才能進(jìn)入到虛擬世界——前一刻他們還站在現(xiàn)實(shí)世界的房間中，下一刻他們就沉浸在一個(gè)模擬環(huán)境中。

最新的 VR 技術(shù)進(jìn)一步推進(jìn)了這些界限，使這些環(huán)境看起來(lái)和表現(xiàn)得更像真實(shí)世界，同時(shí)還增加了對(duì)觸覺、聽覺和嗅覺等其他感官的支持。

通過(guò) VR，游戲玩家可以獲得完全沉浸式的視頻游戲體驗(yàn)；設(shè)計(jì)師和客戶可以在施工前審核建筑項(xiàng)目以確定細(xì)節(jié)；零售商可以在展示實(shí)物之前先進(jìn)行虛擬展示測(cè)試。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）將渲染圖像疊加到真實(shí)世界中。手機(jī)游戲《精靈寶可夢(mèng) GO》（Pokémon GO）讓玩家在路上閑逛時(shí)，可以看到計(jì)算機(jī)渲染的寶可夢(mèng)“出現(xiàn)”在草坪和人行道上。這款游戲讓 AR 進(jìn)入到了大眾的視野。

AR 圖形可以通過(guò)手機(jī)、平板電腦等設(shè)備顯示，為用戶帶來(lái)全新的互動(dòng)體驗(yàn)。例如 AR 可以改進(jìn)導(dǎo)航功能。相比 2D 地圖，AR 可以將方向疊加在駕駛員通過(guò)擋風(fēng)玻璃所看到的道路上，以便駕駛員根據(jù)模擬箭頭準(zhǔn)確轉(zhuǎn)向。

混合現(xiàn)實(shí)（MR）將真實(shí)世界與渲染圖形無(wú)縫集成，創(chuàng)造出一個(gè)用戶可以直接與數(shù)字世界和物理世界同時(shí)互動(dòng)的環(huán)境。

MR 將真實(shí)和虛擬物件融合在一起并在一個(gè)顯示器中呈現(xiàn)。用戶可以通過(guò)頭戴設(shè)備、手機(jī)或平板電腦體驗(yàn) MR 環(huán)境，并通過(guò)移動(dòng)數(shù)字物件或?qū)?shù)字物件放入物理世界來(lái)與之互動(dòng)。

MR 分為兩種類型：

將虛擬物件混合到真實(shí)世界中，例如將虛擬物件完美混合到用戶通過(guò) VR 頭盔中的攝像頭所看到的真實(shí)世界畫面中。

將真實(shí)世界中的物件混合到虛擬世界中，例如將攝像頭拍到的 VR 玩家視圖混合到虛擬世界中，看起來(lái)就像是該游戲玩家在虛擬世界中游玩。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)的發(fā)展史

為了解 XR 的發(fā)展歷程，首先要了解它的起源——VR。

VR 最初被用于在飛行模擬器中訓(xùn)練人員。能源和汽車設(shè)計(jì)行業(yè)也從很早就開始使用 VR。當(dāng)時(shí)的這些 VR 模擬和可視化用例需要大型超級(jí)計(jì)算機(jī)以及專門的空間，包括 powerwalls（一種超高分辨率顯示設(shè)備）和 VR CAVE（從墻壁到天花板的每個(gè)表面都被用于投射 VR 環(huán)境的空房間）。

多年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）對(duì)于大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)價(jià)格高昂，難以承受。而小型 VR 生態(tài)系統(tǒng)的使用者主要是大型機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)研究人員。

但在上一個(gè)十年的初期，幾項(xiàng)關(guān)鍵的構(gòu)成技術(shù)迎來(lái)了轉(zhuǎn)折點(diǎn)，推動(dòng)了 HTC Vive 和 Oculus Rift 頭戴式顯示器（HMD）以及 SteamVR runtime 的出現(xiàn)。

如今，普通人可以購(gòu)買個(gè)人 HMD 體驗(yàn)高度沉浸式的內(nèi)容，而且可以通過(guò)個(gè)人電腦或工作站的強(qiáng)大 GPU 驅(qū)動(dòng)這些 HMD 和體驗(yàn)。

突然之間，數(shù)百萬(wàn)人都可以接觸到 VR，一個(gè)充滿創(chuàng)新和熱情的龐大生態(tài)系統(tǒng)迅速興起。

近年來(lái)，一體式（AIO）頭盔的推出點(diǎn)燃了新一輪的 VR 創(chuàng)新。在此之前，VR 頭盔需要與強(qiáng)大的 PC 進(jìn)行物理連接才能提供完全沉浸式的 VR 體驗(yàn)。由于既沒有操作系統(tǒng)，也沒有圖像計(jì)算能力，因此 HMD 無(wú)法作為獨(dú)立的設(shè)備運(yùn)行。

但 AIO 頭盔是一個(gè)設(shè)置簡(jiǎn)單并且可以隨時(shí)隨地為用戶提供完整 VR 體驗(yàn)的專用設(shè)備。再加上 VR 流式傳輸技術(shù)方面的創(chuàng)新，用戶現(xiàn)在即便在旅途中也能體驗(yàn)強(qiáng)大的 VR 環(huán)境。

最新 XR 趨勢(shì)

高質(zhì)量的 XR 正變得越來(lái)越普及。全世界的消費(fèi)者正在購(gòu)買 AIO 獲得從沉浸式游戲、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)以及虛擬培訓(xùn)等各種 XR 體驗(yàn)。大型企業(yè)正在將 XR 加入到他們的工作流程和設(shè)計(jì)流程中。而隨著數(shù)字孿生的出現(xiàn)，XR 更是大大改善了設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。

如今的一大趨勢(shì)是通過(guò) 5G 從云端傳輸 XR 體驗(yàn)，這使 XR 體驗(yàn)不再受到工作站或空間的限制。

由于能夠通過(guò) 5G 從云端傳輸，人們可以在任何時(shí)間地點(diǎn)使用 XR 設(shè)備，并從數(shù)據(jù)中心獲得運(yùn)行 XR 體驗(yàn)所需的算力。NVIDIA CloudXR 等先進(jìn)的解決方案正在使這種沉浸式流式傳輸變得更加普及，讓更多 XR 用戶可以隨時(shí)隨地體驗(yàn)到高保真環(huán)境。

AR 也正變得日益普及。在《精靈寶可夢(mèng) GO》家喻戶曉之后，AR 又出現(xiàn)在一些以消費(fèi)者為中心的領(lǐng)域：許多社交媒體平臺(tái)推出了可以疊加在面部的濾鏡；零售企業(yè)使用 AR 展示逼真的 3D 產(chǎn)品渲染圖，客戶可將這些產(chǎn)品放入房間并在任何空間中顯示。

此外，建筑、制造、醫(yī)療等行業(yè)的企業(yè)正在使用這些技術(shù)大幅改進(jìn)工作流并創(chuàng)造獨(dú)特的交互體驗(yàn)。例如，建筑師和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)正在將 AR 整合到建筑項(xiàng)目的監(jiān)控中，這樣他們就可以看到現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，并將其與數(shù)字設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比。

盡管 MR 仍是一項(xiàng)較新的技術(shù)，但它正在 XR 領(lǐng)域發(fā)展壯大。這種趨勢(shì)體現(xiàn)在許多為 MR 設(shè)計(jì)的新頭顯設(shè)備的出現(xiàn)上，例如 Varjo XR-3。借助 MR 頭顯，工程、設(shè)計(jì)、仿真和研究領(lǐng)域的專業(yè)人士可以在現(xiàn)實(shí)生活中開發(fā)自己的 3D 模型并與之互動(dòng)。

XR 的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著 XR 技術(shù)的發(fā)展，另一項(xiàng)技術(shù)——人工智能（AI）正在引領(lǐng)用戶進(jìn)入到一個(gè)新時(shí)代。

從為 VR 領(lǐng)域的設(shè)計(jì)師提供虛擬助手，到引導(dǎo)用戶完成 DIY 項(xiàng)目的智能 AR 覆蓋層，AI 將在 XR 領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

想象一下，戴著頭盔就可以通過(guò)自然語(yǔ)言和手勢(shì)告訴內(nèi)容要做什么；借助免提和語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)的虛擬助手，即使是非專業(yè)人士也能創(chuàng)造出令人驚嘆的設(shè)計(jì)、完成極其復(fù)雜的項(xiàng)目，并充分利用各種強(qiáng)大應(yīng)用的功能。

NVIDIA Omniverse 等平臺(tái)改變了用戶創(chuàng)建 3D 仿真和虛擬世界的方式。Omniverse 使全球各地的用戶都能夠開發(fā)和運(yùn)行數(shù)字孿生仿真。借助該平臺(tái)，用戶可以靈活地通過(guò) 2D 顯示器，或者選擇自己喜歡的 XR 體驗(yàn)方式，進(jìn)入物理精確的全光線追蹤虛擬世界，沉浸在龐大的虛擬空間中。

XR 的下一個(gè)發(fā)展階段將帶來(lái)近乎無(wú)限的可能性。

什么是空間計(jì)算？

與局限于屏幕的傳統(tǒng)數(shù)字體驗(yàn)不同，空間計(jì)算將虛擬元素直接融入物理世界，創(chuàng)造出更加自然、直觀的交互。該技術(shù)結(jié)合了傳感器、攝像頭和 AI 驅(qū)動(dòng)的軟件，能夠識(shí)別并響應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界中的元素，讓用戶可以像操作實(shí)體物品一樣與數(shù)字對(duì)象進(jìn)行互動(dòng)。

在 NVIDIA Omniverse 等平臺(tái)的支持下，空間計(jì)算在工業(yè)設(shè)計(jì)、培訓(xùn)、導(dǎo)航和娛樂等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。例如，設(shè)計(jì)師可以使用空間計(jì)算技術(shù)在真實(shí)空間中實(shí)現(xiàn) 3D 原型的可視化，現(xiàn)場(chǎng)團(tuán)隊(duì)也可以借助該技術(shù)，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）將指導(dǎo)信息疊加到真實(shí)設(shè)備上，從而獲得更直觀的操作指引。

不斷發(fā)展的空間計(jì)算將重塑人們與數(shù)字信息的交互方式，使其成為日常物理環(huán)境的一部分，并以更實(shí)用、更具創(chuàng)意的方式拓展 XR 的可能性。

進(jìn)一步了解企業(yè)如何使用 NVIDIA XR 技術(shù)：

https://www.nvidia.com/en-us/design-visualization/solutions/virtual-reality/