扩展现实（XR）：虚拟现实、增强现实等更多体验

2024年03月08日

扩展现实（XR）涵盖了不同类型的技术辅助的替代现实体验。这包括虚拟现实（VR）和增强现实（AR）。

扩展现实（XR）的概念并不新鲜。早在 1838 年，一位名叫查尔斯·惠斯通 (Charles Wheatstone) 的英国科学家描述了一种能向用户展示三维图像的装置。这导致了立体镜的创造，它使用镜子和玻璃透镜来创建投影，这一概念直到今天仍然用于 3D 技术中。

然而，计算机的出现加速了我们模拟替代、虚构和预设现实的能力，使它们变得更加丰富并感觉更加逼真。从 20 世纪 50 年代到 70 年代，发明家们试验了用于电影、视频监控和军事行动的虚拟现实和增强现实技术的早期形式。这些包括了一些最早的头戴式显示器（HMDs），比如“达摩克利斯之剑”游戏。

技术

得益于其依赖感官刺激来再现逼真体验，扩展现实的基石是其沉浸式技术。

今天存在的音视频系统，如熟悉的 VR 眼镜，是 20 世纪 HMDs 的进化版。大型环绕屏幕影院（如 IMAX 影院）或 AR 眼镜（如谷歌眼镜）也是这种技术的版本。

尽管大多数 XR 系统使用视听刺激，但值得一提的是，随着技术的进步，平台已经融合了包括触觉、嗅觉甚至味觉在内的其他感官。一个例子是主题公园中的原型“4D 景点”，在那里座椅会移动，房间中会注入气味以丰富体验。

虽然听觉刺激可以通过环绕声扬声器系统或耳机产生，但触觉可以通过手持或可穿戴的触觉设备（如手套或服装）模拟。这些设备通过振动或压力提供感觉反馈。

在虚拟现实（VR）中，用户完全脱离现实世界，通过头戴设备、护目镜或其他设备被传送到数字世界中，让他们完全沉浸在体验中。VR 的目的是屏蔽来自物理世界的刺激，以便完全模拟感官。

虚拟现实是人们体验元宇宙的主要方式之一，无论是通过游戏还是社交互动。因为 VR 需要完全脱离现实世界，所以使用了代表用户数字身份的虚拟形象（Avatar）。在这些环境中，VR 还提供了创造广阔、富有创意，有时不切实际的世界作为娱乐目的的机会。

在增强现实（AR）中，计算机生成的图形与用户在现实世界中的感知结合起来。与依赖于现实和虚拟内容分离的 VR 不同，AR 拥抱并有意地模糊了两者之间的界限。

这可以通过数字化表示现实世界的物体来完成，或者将数字物体投射到真实空间中。因此，AR 中使用的技术与 VR 相似，但它允许用户看到并听到周围环境，从而可以用数字内容增强它们。

AR 在教育中可以发挥重要作用，以独特的触觉和动力学方式传授知识，这是仅通过阅读书籍或听讲座无法实现的。使用 AR，学生可以与化学结构、解剖模型，甚至像发动机这样的复杂制造品进行互动。

它还可以帮助你计划如何摆放家具，通过手机相机的视图将新沙发叠加到你的地板上。

值得注意的是，有时混合现实（MR）被用来描述任何不是完全真实或虚拟的 XR 体验，因此它包括 AR。

通过将用户带到完全虚拟的空间或增强现实空间，XR 为超越物理限制的独特体验提供了机会。这样做的目的是广泛的，包括以下常见应用：

元宇宙： 虚拟现实打开了通往超越二维屏幕的沉浸式虚拟世界的大门。这一理念甚至激励了 Facebook 收购头戴式显示器开发商 Oculus 并更名为 Meta，为关注元宇宙技术设立了行业标准。
游戏： 如 Ingress 和 Pokémon Go 等热门手机游戏使用增强现实将现实世界地图游戏化。游戏也可以说是如今 VR 头戴设备最流行的用途。
医疗保健： 远程医疗以前所未有的方式将医疗服务带上了线上。即使是医学培训也从 XR 中受益，通过教授外科技术。
设计： 从时尚到建筑，XR 辅助的数字建模可以将设计提升到一个新的水平，赋予艺术家和工程师对他们的草稿进行精细理解和控制的能力。
旅游： 如何在不离开沙发的情况下参观芬兰赫尔辛基？上线访问它的数字孪生，在那里你可以虚拟探索街道。
军事： 增强现实和混合现实技术帮助训练士兵，甚至在战场上提供独特的洞察力。