VR/AR的現(xiàn)狀

過去的2016年，VR/AR無疑是消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場最為火熱的話題之一。2017年初的CES展上，更是有超過70家VR/AR廠商參展，比2016年增加近50%，號稱史上最大規(guī)模的VR展覽一點(diǎn)也不為過。2016年雖被稱為“VR元年”，但是VR的歷史可以追根朔源到上世紀(jì)初期。

VR的概念早在1935年就被美國作家Stanley G Weinbaum在其所著科幻小說中提出。

1968年，哈佛大學(xué)教授Ivan Sutherland在其學(xué)生Bob Sproull的幫助下創(chuàng)造了第一臺VR/AR頭戴顯示系統(tǒng)。1990年代之前，VR還基本停留在實(shí)驗(yàn)室或者小眾應(yīng)用中，不為大眾所知。

1991年，世嘉宣布了Sega VR頭戴設(shè)備，并首次使用慣性傳感器來追蹤使用者頭部運(yùn)動并做出響應(yīng)。同樣在1991年，游戲公司Virtuality發(fā)布并量產(chǎn)了VR娛樂系統(tǒng)，并且在舊金山的Embarcadero中心搭建了體驗(yàn)店，讓普通大眾有機(jī)會真正體驗(yàn)VR。

整個1990年代，許多研究機(jī)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)室、知名公司相繼投入VR/AR的研究開發(fā)，可謂是VR/AR的第一個高潮期，相較而言進(jìn)入新世紀(jì)的頭10年，VR/AR領(lǐng)域顯得波瀾不驚、乏善可陳。

2010年,天才少年P(guān)almer Luckey設(shè)計(jì)了Oculus Rift的原型機(jī)，并第一次在消費(fèi)類VR頭顯上把視場角提高到了90度。

2013年,Valve在VR的低余輝顯示技術(shù)上取得重大突破，難能可貴的是他們在業(yè)內(nèi)免費(fèi)分享了他們的成果，Oculus隨后將這一技術(shù)應(yīng)用于他們的頭顯，用戶體驗(yàn)得到極大提升。

2014年,Google宣布了Cardboard項(xiàng)目，一個簡單到不能再簡單的硬紙殼加上兩片光學(xué)鏡片，用戶只要花上幾十塊人民幣（甚至更低）就可以使用自己的手機(jī)來體驗(yàn)VR了。用戶體驗(yàn)當(dāng)然不是Cardboard的重點(diǎn)，它更像是在給整個VR行業(yè)做科普和推廣，讓VR這一高不可攀的應(yīng)用一下子走入尋常百姓家。

2015年，HTC和Valve合作推出了HTC Vive頭顯和控制器，Vive以其優(yōu)異的用戶體驗(yàn)樹立了VR行業(yè)的性能標(biāo)桿，時至今日依然無人能出其右。

同年，手機(jī)巨頭三星和Oculus合作推出了Gear VR頭顯設(shè)備。雖然類似于Cardboard要配合手機(jī)使用，但Gear VR在頭顯中配備了專用的頭部運(yùn)動追蹤單元、精心設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)，加上Galaxy S/Note系列手機(jī)的卓越性能，Gear VR無疑是迄今為止性價(jià)比最高的方案。三星的這一做法隨后被眾多國內(nèi)手機(jī)廠商紛紛效仿，相繼推出類似的手機(jī)盒子搭配自家旗艦手機(jī)的VR方案。

2016年，全球VR/AR行業(yè)百花齊放，國際巨頭動作不斷，國內(nèi)廠商也不甘示弱，傳統(tǒng)硬件設(shè)備廠商自不必說，軟件系統(tǒng)廠商、互聯(lián)網(wǎng)公司、電商平臺、游戲公司、內(nèi)容廠商、政府、教育機(jī)構(gòu)等都生怕錯過這一大熱門，紛紛磨拳擦掌準(zhǔn)備大干一番。Google向來是干大事情的，兩年前的Cardboard是投石問路，Daydream VR生態(tài)系統(tǒng)才是Google的目的，毫無疑問，未來的Daydream之于VR就像是今天的Android之于智能手機(jī)。Google推出的Pixel手機(jī)配合Daydream View率先支持了Daydream VR，聯(lián)想的Moto Z、華為的Mate 9 Pro、華碩的ZenFone AR也都先后支持了Daydream VR，相信2017年會有更多的手機(jī)廠商相繼加入進(jìn)來。

Microsoft除了獨(dú)自在做的AR眼鏡HoloLens外，也籠絡(luò)了一眾伙伴（HP、ASUS、Lenovo、DELL、Acer、3Glasses）基于Windows 10做起了VR頭顯。Sony借助PlayStation游戲主機(jī)的深厚群眾基礎(chǔ)，推出了PS VR頭顯，并且收獲了非常不錯的市場反饋，大有后來居上之勢。Facebook、阿里巴巴、騰訊、京東等互聯(lián)網(wǎng)公司也都有各自的VR計(jì)劃，并在穩(wěn)步實(shí)施中。主機(jī)芯片大廠Qualcomm和Intel除了針對VR/AR推出各自的專用芯片，更是祭出了各自的參考設(shè)計(jì)Snapdragon VR820和Project Alloy ……

VR/AR的火爆，當(dāng)然不能只體現(xiàn)在硬件設(shè)備上，只有硬件的火爆只會是曇花一現(xiàn)，內(nèi)容和應(yīng)用才是VR/AR的血和肉，才能讓VR/AR生動起來。游戲、視頻內(nèi)容、直播、色情、社交、零售、工程、教育等應(yīng)用領(lǐng)域在這一年也都風(fēng)生水起。

這么看來，說2016年是VR元年也不為過。我們能在市場上看到的VR/AR產(chǎn)品形態(tài)也是五花八門，粗略梳理一下有以下幾類：

手機(jī)盒子
Cardboard

頭顯

特征

低成本

用戶體驗(yàn)因手機(jī)而異

因應(yīng)用而異

通常相對較差。

功能

僅提供手機(jī)的頭戴支撐和近眼顯示的光學(xué)鏡片。完全依賴手機(jī)的處理器、顯示器和運(yùn)動傳感器。適配眾多手機(jī)機(jī)型。

插手機(jī)式VR頭顯

Slotted VR headset

頭顯

特征

較經(jīng)濟(jì)的VR方案。

常搭配使用的

手機(jī)配置很高，

整體用戶體驗(yàn)可以接受

功能

除了提供手機(jī)的頭戴支撐和光學(xué)鏡片外，還配備專門的頭部運(yùn)動追蹤單元。頭部運(yùn)動數(shù)據(jù)通過高速通信接口（如USB）傳給手機(jī)。依賴手機(jī)的處理器和顯示器。僅適配有限的特定手機(jī)機(jī)型

分離式VR

頭顯

Discrete VR headset

頭顯

特征

用戶體驗(yàn)最好。

但是要通過線纜

連接主機(jī)，

使用空間受限。

功能

頭顯配備完整的近眼顯示單元。配備運(yùn)動傳感器，并結(jié)合光學(xué)系統(tǒng)追蹤佩戴者的頭部姿態(tài)和位置。通過線纜與PC主機(jī)連接，PC主機(jī)負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)并把畫面送回頭顯。

VR一體機(jī)

Integrated VR headset

頭顯

特征

使用空間不受限，

又被稱為移動VR。

用戶體驗(yàn)參差不齊。

功能

不依賴手機(jī)和PC主機(jī)，VR頭顯上完整配備了處理器、顯示器和運(yùn)動傳感器或位置追蹤傳感器。

AR眼鏡/手機(jī)/頭盔

頭顯

特征

光學(xué)＋3D重構(gòu)畫面，

大多數(shù)情況裸眼可達(dá)成效果，

用戶代入感更強(qiáng)

功能

不同于VR把用戶和現(xiàn)實(shí)世界完全隔離，AR在用戶看到的現(xiàn)實(shí)畫面上疊加虛擬畫面信息。

VR手柄

輸入設(shè)備

特征

設(shè)備雖然簡單，

但對VR用戶的完整體驗(yàn)

顯著提升

尤其提升用戶互動性。

功能

通過手柄上的運(yùn)動傳感器和光學(xué)系統(tǒng)追蹤用戶手的姿態(tài)、位置和狀態(tài)。信息會被實(shí)時無線傳輸?shù)絍R主機(jī)，跟VR內(nèi)容做交互。通常也會配備有限的幾個按鍵或觸摸板，來做人機(jī)互動。

VR手套

輸入設(shè)備

特征

實(shí)現(xiàn)方式相對復(fù)雜，

但是由此帶來的交互內(nèi)

容更豐富，交互方式更自然。

功能

在一個手套上使用多顆運(yùn)動傳感器來追蹤使用者手掌和手指的完整動作。動作信息傳輸?shù)絍R主機(jī)，用戶雙手可以逼真地參與到VR內(nèi)容。

制約VR/AR發(fā)展的關(guān)鍵因素

雖然現(xiàn)如今VR/AR話題火熱，市場也時不時放出大招搏人眼球，但整個行業(yè)的發(fā)展仍舊處于不確定的初期階段，制約行業(yè)健康發(fā)展的因素諸多，如基礎(chǔ)設(shè)施、政策、應(yīng)用、內(nèi)容、社會倫理等等。如果以上這些都不是問題，早晚會被解決，那么VR/AR設(shè)備本身是否準(zhǔn)備好了呢？

佩戴舒適性、便攜性

VR/AR頭顯需要長時間佩戴在人體感官最為豐富的頭部，不可忽略的重量會是使用者能否廣泛接受的一個主要障礙。

便攜始終是個人消費(fèi)電子產(chǎn)品的不變的追求，便攜才能拓展使用空間和時間。“龐大”的體積和不規(guī)則的外形，目前嚴(yán)重影響著VR/AR頭顯的便攜性。

感官呈現(xiàn)效果

如果佩戴舒適性和便攜性不成問題，消費(fèi)者有意愿體驗(yàn)并擁有VR/AR頭顯，VR/AR設(shè)備接下來帶給用戶的感官體驗(yàn)才會牢牢抓住他們，或者使他們感覺上當(dāng)受騙了。這里我們說的感官，不僅僅是指視覺，還包括聽覺、觸覺，甚至嗅覺。當(dāng)然，視覺是VR/AR頭顯設(shè)備最主要的內(nèi)容呈現(xiàn)方式，視覺呈現(xiàn)效果好，VR/AR頭顯設(shè)備會大概率地成功。

視覺

VR/AR頭顯不同于消費(fèi)者過往接觸的傳統(tǒng)顯示設(shè)備，它是近眼顯示、移動顯示設(shè)備。

所謂的移動顯示，就是隨著佩戴頭顯的用戶頭部移動，頭顯應(yīng)當(dāng)精確呈現(xiàn)相對應(yīng)的場景。否則，會引起用戶的眩暈感，或者叫暈動病/運(yùn)動病，類似生活中遇到的暈車、暈船的感覺。回到VR/AR頭顯，當(dāng)用戶頭部轉(zhuǎn)動了一定角度，如果顯示呈現(xiàn)的并不是轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度后的場景；或者用戶保持不動，而顯示出現(xiàn)場景漂移，用戶都會出現(xiàn)不同程度的眩暈感。這里就對用戶頭部運(yùn)動的精準(zhǔn)追蹤（準(zhǔn)確且低延遲）提出了很高的要求。

聽覺、觸覺和嗅覺

相對于視覺呈現(xiàn)會主要決定VR/AR頭顯的用戶體驗(yàn)效果、解決用戶的基本需求，聽覺、觸覺和嗅覺會讓VR/AR的沉浸感有質(zhì)的飛躍。但是，聽覺、觸覺和嗅覺的呈現(xiàn)，會極大程度地提高VR/AR的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，對內(nèi)容的要求和使用場景的要求都會進(jìn)一步提高，所以，短期之內(nèi)，這些方面應(yīng)該不太會成為VR/AR發(fā)展的障礙。

互動性

良好的感官呈現(xiàn)已經(jīng)能抓住大部分的消費(fèi)者了，是他們愿意投入金錢購置VR/AR設(shè)備，但是他們會投入多少時間來消費(fèi)VR/AR呢？內(nèi)容當(dāng)然非常關(guān)鍵，不過不是今天我們這里要討論的重點(diǎn)。增加VR/AR設(shè)備的互動性，讓用戶能夠自然地控制虛擬設(shè)備、與虛擬世界自然地交流、以第一人稱的角色參與其中，我們確信，唯有這樣用戶才愿意投入大量的時間成本沉浸在VR/AR營造的世界里。

人體動作追蹤

人類在與真實(shí)世界的互動中，會用點(diǎn)頭或搖頭表示同意、贊賞、反對或無奈，會用手腳來執(zhí)行大腦給出的指令。VR/AR呈現(xiàn)的虛擬世界中，我們同樣希望用身體來跟外部世界做自然的互動。所以，VR/AR設(shè)備就要準(zhǔn)確地追蹤人體動作，識別人體動作，進(jìn)而在虛擬世界里執(zhí)行人體動作。

語音識別

語音是人類向外部世界傳達(dá)信息的重要途徑，作為VR/AR設(shè)備同樣需要聽到用戶的聲音，識別語音并作出響應(yīng)。

結(jié)合了人體動作追蹤和語音識別，用戶與虛擬世界的溝通互動才能自然豐富。

解決方案

Bosch Sensortec作為MEMS運(yùn)動傳感器全球領(lǐng)導(dǎo)廠商，我們一直密切關(guān)注著VR/AR行業(yè)，和我們的合作伙伴積極溝通，并從傳感器器件、算法和應(yīng)用上為行業(yè)的發(fā)展助力。

傳感器

針對VR/AR的產(chǎn)品特性，Bosch Sensortec推出的六軸運(yùn)動傳感器（三軸加速度計(jì)+三軸陀螺儀）BMI055和BMI160，九軸運(yùn)動傳感器（三軸加速度計(jì)+三軸陀螺儀+三軸地磁傳感器）BMX055和BMX160，因?yàn)槠鋬?yōu)異的性能，在全球VR/AR頭顯設(shè)備中擁有絕對領(lǐng)先的市場占有率。

六軸智能傳感器BHI160和九軸智能傳感器方BHI160+BMM150，憑借其優(yōu)異的傳感器性能和內(nèi)置的融合算法，為VR/AR輸入設(shè)備（例如手柄和手套）提供了交鑰匙（Turn-key）的傳感器解決方案。

說到運(yùn)動傳感器的性能，根據(jù)我們的應(yīng)用實(shí)踐和客戶的反饋，以下參數(shù)對VR/AR設(shè)備尤其重要：

分辨率

零偏

靈敏度偏差

零偏溫度穩(wěn)定性

零偏時間穩(wěn)定性

交叉軸靈敏度

另外，對于VR輸入設(shè)備（例如手柄和手套），傳感器是主要能耗器件，所以傳感系統(tǒng)的功耗也同樣重要。設(shè)備廠商在選擇傳感方案時，就不得不兼顧傳感性能和功耗。BHI160內(nèi)置高性能/低功耗六軸運(yùn)動傳感器、超低功耗MCU、針對VR輸入設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)的九軸融合算法，完全可以滿足VR輸入設(shè)備對傳感系統(tǒng)性能和功耗的要求。同時，BHI160的高集成度和成熟度也可以明顯縮短VR輸入設(shè)備的開發(fā)周期，縮短上市時間。

傳感器融合

傳感器的感測原理和特性決定了沒有任何單一傳感器（加速度計(jì)、陀螺儀、地磁傳感器）可以完美滿足VR/AR設(shè)備對人體運(yùn)動追蹤需求。所謂的傳感器融合，就是結(jié)合多種傳感技術(shù)感測不同的信息，并對多種感測數(shù)據(jù)做算法融合處理。最終驅(qū)動應(yīng)用的是融合處理后的數(shù)據(jù)，如姿態(tài)角、位置、手勢、指令等，而非傳感器輸出的原始數(shù)據(jù)，如加速度、角速度等。所以，融合算法對VR/AR應(yīng)用來說同樣至關(guān)重要。

在VR/AR設(shè)備上比較常用的是加速度、角速度和地磁的九軸數(shù)據(jù)融合，融合數(shù)據(jù)能提供比較精準(zhǔn)的姿態(tài)信息。針對VR/AR的使用特性，通常對九軸融合數(shù)據(jù)的刷新頻率和延遲有比較高的要求，這就要求融合算法的設(shè)計(jì)和部署上必須要優(yōu)化運(yùn)算時間，甚至需要加入預(yù)測算法來提升整體效果。

總結(jié)

VR/AR行業(yè)潛力毋庸置疑，但制約行業(yè)發(fā)展的諸多因素也是實(shí)實(shí)在在的，但好在支撐VR/AR行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)的革新演進(jìn)的速度比人們想象的要快得多。作為行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)之一的運(yùn)動傳感技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)供應(yīng)商，Bosch Sensortec憑借豐富的傳感器經(jīng)驗(yàn)、客戶支持經(jīng)驗(yàn)，也會持續(xù)優(yōu)化適用于VR/AR設(shè)備的傳感方案，包括傳感器器件和相應(yīng)的軟件算法。