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現實與數字世界的融合 增強現實-虛擬現實_0

未知 2019-06-08 14:04

本文由知識自動化(zhishipai)授權轉載

【中文條目】增強現實/虛擬現實

【英文條目】AR/VR (Augmented/Virtual Reality)

波音才是AR的發源地

增強現實(Augmented Reality,AR)的起源,可以回溯到1957年,美國的Morton Helig開始了可以給個人用戶帶來劇場體驗的Sensorama項目。在1966年哈佛大學教授發明了頭盔顯示器。而“虛擬現實”一詞是由美國VPL Research 公司的奠基人Lanier 于20 世紀80 年代末首次正式提出的。他將虛擬現實描述為一種逼真地模擬人在自然環境中的視覺、聽覺、運動等行為的人機界面技術。

今天所說的增強現實技術,則是實際起源于1990年的波音。當時波音飛機制造過程中需要反復查看一本復雜的工作手冊,一個教授為了解決這個問題而開發了一個軟件,它能夠將重要的原理圖位置信息顯示在一個可重用的板子上。然而,直到二十世紀末的1999年Hirokazu Kato發明AR工具軟件箱之前,增強現實技術一直完全停留在科研工具階段。而與之頗有淵源的虛擬現實(Virtual Reality,VR)技術就起源得更早了,根據百度百科,虛擬現實技術演變發展史大體上可以分為四個階段:有聲形動態的模擬是蘊涵虛擬現實思想的第一階段(1963年以前);虛擬現實萌芽為第二階段(1963 -1972 );虛擬現實概念的產生和理論初步形成為第三階段(1973 -1989 );虛擬現實理論進一步的完善和應用為第四階段(1990 -2004 )。

AR/VR——工業新概念的定義

虛擬現實呈現在使用者面前的是一個包含由計算機創造的圖像和聲音的人造世界,而且這些內容會受到來自使用者的影響。其基本特征被描述為“浸沒-交互-構想”;增強現實是通過技術手段將數字信息所形成的虛擬環境疊加到現實環境并融為一體,使用戶通過設備從感官效果上確信虛擬環境是其周圍真實環境的組成部分。

二者都可以看成人機界面的一種技術。

AR/VR技術的異同

兩者最大的不同是沉浸水平差異。虛擬現實是基于對真實世界的模擬,可以通過特定的設備(主要是頭盔顯示器)來體驗,而增強現實則通過日常使用的智能手機、平板或網絡攝像機將電腦產生的圖像疊加到真實世界的不同地點和物體上。增強現實避免了全虛擬化帶來的復雜性、脫離了對空間的限制、減少了對設備的依賴,因此具備更廣的可行性和應用前景。

現實與數字世界的融合 增強現實/虛擬現實

圖1:AR與VR技術效果

AR/VR技術的市場前景和生態

高盛在2016年發布了第一份關于增強現實AR及虛擬現實VR市場的分析報告指出,到2025年AR和VR硬件軟件營收將達800億美元,如果它們迅速跳出小眾市場走向大眾,年營收可以達到1820億美元。考慮到產業可能要花費一定的時間解決延遲和其它技術問題,即使按最慢速度預測,到2025年時VR和AR行業的年營收也有230億美元。而根據Juniper Research 的一份報告指出,到2019 年企業級增強現實應用程序的使用規模將達到 24 億美元(而2014年的使用規模為2.47億美元)。由此可見,AR市場不論在大眾市場還是企業市場,無論是在硬件還是在軟件應用程序領域都有巨大的增長潛力。

目前,AR和VR市場已經形成了繁榮的生態,如圖2所示:

現實與數字世界的融合 增強現實/虛擬現實

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圖2:AR和VR市場生態

來源:theVRFund.com

工業領域的大展身手

AR/VR技術最早來自工業領域的需求,但在消費者市場,例如游戲、教育等領域被發展壯大。在高盛預測2016年關于AR/VR報告涉及的九個行業中,有五個為工業領域亦或涉及到工業的領域,包括:醫療、教育、房地產、軍事和工程領域。該報告預測,到 2025 年,五個領域中的醫療和工程領域的創收將成為所有行業創收的主力軍。但需要注意的是,AR/VR技術在企業級市場的增長速度將會高于消費類市場,因為AR/VR技術從專業的影視、娛樂產業進入了與民生更直接相關的軍事、醫療、工業維修和工程設計等領域后,會馬上產生更大和更豐富的應用價值,比如虛擬化的銷售配置、產品評審、智能作業指導、遠程服務等。如下是AR/VR技術在工業領域的典型應用場景:

△ 沉浸式產品設計評審

利用來自于CAD、PLM的三維數據和AR/VR技術進行產品評審,支持全球協同的分布式開發團隊評審,進行產品過濾式查看,比如只看車身,并且將反饋信息利用聲音、文字或者是視頻的方式鏈接回PLM進行追蹤。AR/VR技術除了可以支持iPAD、iPhone等移動終端外,還可以支持Microsoft HoloLens、HTC Vive等穿戴設備。

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圖3:AR/VR用于沉浸式產品設計

△ 遠程交互式產品設計評審

在開放式創新模式中,AR/VR技術也將扮演重要的角色。一方面制造商和客戶在概念設計早期階段,就可以借助AR/VR技術在移動終端上進行產品概念的體驗,甚至是沉浸式產品體驗,另一方面客戶可以更直觀地參與評審并提出建議。在開放式創新的模式下,客戶很難像企業內部研發人員一樣坐在一起評審產品,因此還需要考慮多人的遠程評審模式。

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圖4:AR/VR用于遠程交互式產品設計評審

△ 產品設計改型

AR/VR技術可以用于在物理樣機制造之前,進行設計的創新或改型。可以在已經制造出來的超級三輪摩托車上進行改裝設計,在設計上加一個觀后鏡,利用AR/VR技術可以查看觀后鏡的角度,裝配位置、外形等是否合適。如果不喜歡輪廓銳利的邊沿,則可以快速創建一個更具流線型的版本,在所有相關人員達成一致后,再將CAD模型發往制造部門。節省上市時間和成本,加快創新。

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圖5:AR/VR用于產品設計改型

△ 通過智能作業指導書指導工人精準執行

在車間可以為每個零件貼上一個標識碼,當操作工人用AR程序掃描標識碼后,便可以增強出來其底座、與底座的裝配作業指導書(含裝配動畫)以及從PLM系統中獲取此零件的相關信息(如變更、版本、供應商、庫存數量、是否低庫存),幫助車間工人更好、更快地理解產品裝配過程,更快地進行產品制造。

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圖6:AR/VR指導工人精準執行

△ 助力產品個性化選裝選配和定制

可以幫助企業進行產品的發布,讓觀眾虛擬沉浸式體驗新產品的功能、優點。在銷售環節,可以幫助用戶或銷售人員進行交互式、虛擬化的選裝選配。

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圖7:AR/VR助力產品個性化選裝選配和定制

△ 指導產品安裝,實現客戶體驗

可以用來進行產品的銷售、安裝,如家具布置、飲料販賣機的安裝調試模擬等。

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圖8:AR/VR指導產品安裝

△ 電子教學技術和自服務

在使用現場通過計算機控制的電子顯示系統,將維修技術人員或操作人員所需的特定訓練內容(如手冊、聲音、影像、圖片等),精確地展現在使用者面前,通過動畫、視頻、聲音來配合展現深層次細節,輔助客戶各級維修人員進行訓練和培訓。支持增強現實技術應用,在客戶現場通過增強現實穿戴設備(如AR眼鏡、手持終端、AR屏幕等),對產品實物拍照,在增強現實穿戴設備展示產品操作示意和維修示意,指導客戶學習。

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圖9:AR/VR用于電子教學技術和自服務

△ 讓現場服務變得簡單

維修人員在服務現場往往缺乏必要的服務經驗信息支持,通常憑借經驗進行判斷和決策,參差不齊的人員能力導致了服務效果的不確定,同時隨著產品向智能互聯方向的不斷轉型,面對海量的產品數據,缺乏專業的維修知識,進一步加劇了現場維修的難度。需要企業采用新技術解決現場維修的不確定性問題。其中一種新興方式是以增強現實為手段,以工業互聯網平臺為基礎的維修手段。通過智能電話、平板電腦或智能眼鏡,增強現實APP可以連接產品云,為佩戴眼鏡的維修人員或用戶創造出產品的覆蓋顯示界面。該數字界面包含產品運行狀態和維護技術信息,不但能顯示產品維護所需要的信息,還能提供詳細的維修指南。

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圖10:AR/VR技術讓現場服務變得簡單

未來技術展望

隨著AR/VR技術的普及和發展,尤其是在工業領域的應用深化,市場也對AR技術本身的發展帶來了新的方向,比如:

☆利用三維技術更好地形成AR內容。在三維設計軟件快速形成AR/VR需要的簡化模型,就可以使您的 3D CAD模型實現增強現實的體驗。系統會生成“標識碼”,有了它,任何人都可以利用AR/VR 應用程序以沉浸在真實世界中的方式查看模型。

☆AR/VR技術的開發和應用更便捷、更強大,使AR/VR技術可以更容易與移動設備進行結合,用戶可以更方便地創建各種AR應用。

☆AR/VR技術和企業級系統的結合。通過物聯網平臺和傳統的PLM/SLM等系統進行整合,從而在AR/VR的APP中可以更好地利用三維模型、PLM系統中的BOM和產品信息、SLM 系統中的交互式維修手冊等。

☆更好地支持硬件的發展。例如,支持各種AR眼鏡、手機終端和Tango傳感器等,讓AR開發人員能夠更加輕松自如地運用、搭載三維攝像頭技術的設備,從而充分發揮這類設備的潛力。

未來AR/VR技術擁有很廣闊的使用前景。現在每天都會有一個新想法和隨之而來的解決方案來升級我們的現代生活。汽車制造工業已經開始支持增強現實效果,比如某汽車公司就在2014年引入了360度虛擬城市擋風玻璃技術,這項技術在你的擋風玻璃上投射出一個“精靈汽車”來指引你行進,從而替代了GPS音頻指示。

前所未有的奇思妙想正在從四面八方的數字世界而來。人類的體驗借助于AR/VR技術,自由地穿越虛擬賽博空間和物理世界。虛擬與物理世界的邊界,將變得越來越模糊。

作者:紀豐偉

  作者簡介

  紀豐偉:博士,目前任職PTC公司高級售前總監。專注于PLM和CAD領域已超過17年,作為主要負責人,領導和參與了多個咨詢和實施工作。最近兩年投身于物聯網、大數據、增強現實等領域。


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