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| 本文作者： 新智元 | 2016-01-25 13:14 |
【編者按】本文由新智元團隊原創翻譯。Oculus創始人Luckey曾被問：Oculus Rift是否能與廉價的 Google Cardboard 項目競爭？Luckey回答：“是的，因為Rift其實是不錯的。這有點像在問高檔的葡萄酒如何與渾水競爭。”但是，如果你認真看完這篇文章，那么你就會知道，Cardboard 項目只是Google進軍虛擬現實的冰山一角，Google已經成立虛擬現實部門，真正加入VR爭奪戰。
進入 2016 年后，虛擬現實星火燎原。
短短的三年內，虛擬現實從 Kickstarter 中的一個陌生名字，變得科技圈人人皆知。但有意思的是，至今為止虛擬現實還沒有任何頂級產品發布，大部分關注者也沒有親身嘗試的體驗。
這對于科技圈產品而言是史無前例的。
而就在不久前幾天，Google 宣布成立虛擬現實部門。考慮到 Facebook、微軟、三星、騰訊、HTC 等大公司早已進入，Google 正式成立部門顯得姍姍來遲；但考慮到還未打開的消費者市場，又似乎群雄逐鹿正當其時。
早在 2014 年，Google 就推出了 Cardboard，一個低成本便捷的 VR 體驗套裝。相比 Facebook 的 Oculus，Cardboard 的價格低廉高于一切，但相應的也必須忍受體驗效果并不是那么理想。Oculus 公司的創始人 Palmer Luckey 就曾被問到，Oculus Rift是否能與廉價的 Google Cardboard 項目競爭。 Luckey回答：“是的，因為Rift其實是不錯的。這有點像在問高檔的葡萄酒如何與渾水競爭。”
然而，這種廉價沒有阻擋Google的投入。在2015年4月，Google推出了 Works with Google Cardboard 計劃，該計劃讓第三方制造與 Google Cardboard 兼容的觀看裝置，就像改版后的 View-Master一樣。在Google Play商店中，有針對“Cardboard”的VR部分，而且Google也在繼續為這個項目做開發推廣和內容合作。
這個 Cardboard 項目只是Google進軍虛擬現實的冰山一角。Google似乎在慢慢整合各個部分，以完成一個全面的端到端的解決方案。它涵蓋了硬件和軟件，雖然我們還不能確定，這最終會是怎樣的形式。但我們確定的是，Google 已經把大量資源投入到虛擬現實項目中。
這有點像手機產業，GPU、傳感器、4G 網絡的性能提升和成本下降，讓手機能夠大規模產業化，而巨頭也在臨界之際進入。現在，虛擬現實也很可能來到了這一步。
負責人：Clay Bavor
Clay Bavor 畢業于普林斯頓大學，現全職負責Google VR部門。他曾負責如Gmail、Google Docs、Google Drive和其他Google商業教育app的產品管理和用戶體驗設計。同時還是Google Cardboard的創始人。
參與員工
據悉，參與虛擬現實的人員有很多，例如：
Google搜索的首席設計師Jon Wiley，自從1995年開始就從事軟件開發，2004年到2006年負責Hoover的網頁產品、信息框架的交互界面和用戶體驗。現在從事Google Cardboard、VR和AR UX的工作。
Google Now等前首席設計師Alex Faaborg。畢業于康奈爾大學，他曾主管過Android Wear、Google Now，Nexus 5的安卓操作系統，還對Google眼鏡的交互界面有一定貢獻。在Google之前，他曾是火狐的首席設計師。
Cardboard
Google Cardboard眼鏡項目是一個以透鏡、磁鐵、魔鬼氈以及橡皮筋組合而成，可折疊的智能手機頭戴式顯示器，提供虛擬實境體驗。有著3D顯示軟件的智能手機適合搭配此裝置，透鏡會讓使用者分別感知左影像和右影像，以建立一個3D影像。Google在其網站上免費提供零件列表、示意圖及組裝說明，鼓勵一般人用容易取得的零件自行組裝。此硬件在Google I/O 2014（六月）時發表。
該項目旨在以“最低廉”的價格體驗虛擬現實。因而，真實體驗差強人意。
Cardboard 第三方計劃
2015年4月，Google 推出“Works with Google Cardboard”計劃，該計劃讓第三方制造與Google紙板（Google Cardboard）兼容的觀看裝置。在 Google Play商店中，有針對“Cardboard”的VR部分，而且Google也在繼續為這個項目做開發推廣和內容合作。
開發者工具包
Cardboard也開發了針對Android和Unity的標準開發者工具包（SDK），方便開發者利用Unity 3D或開發安卓應用來設計自己的VR工具。
Google Play 應用
Google play商店單獨開辟VR分區，包含了很多應用為用戶提供身臨其境的體驗，主要包括Cardboard相機，可以拍攝VR照片，可以使用Cardboard設備重現精彩；Youtube 360度視頻內容可通過Cardboard眼鏡觀看；實境教學，幫助教育工作者教學過程中的實地考察；VR游戲等。
與紐約時報合作
《紐約時報》與Google合作展開虛擬現實項目，合作計劃包括向訂戶發放超過100萬部GoogleGoogle Cardboard虛擬現實紙板眼罩，而《紐約時報》將推出一部名為《The Displaced》（流離失所）的新虛擬現實電影，講述因為戰爭而流離失所的兒童。該電影可通過虛擬現實紙板眼罩觀看，該款產品需結合智能手機使用，電影將會在11月7日周末發送給《紐約時報》報紙訂戶。部分數字訂戶將可以通過電郵傳送的代碼來免費兌換該款眼罩。
與沃爾沃合作
汽車廠商沃爾沃與Google合作，通過下載沃爾沃的APP，把手機放置在簡單組裝的GoogleCardboard眼鏡上，就可以360度體驗沃爾沃的新車XC90了。不但能看清汽車內部，還能“駕駛”它上路。
Google Jump
Google在2015年Google's I/O大會上宣布了Google Jump新虛擬現實平臺，而其第一款產品是一款與GoPro合作的360度全方位攝像機，該攝像裝備可提供360度3D視頻，編譯后的視頻具有超高分辨率。
而Jump攝像機與Youtube的合作讓VR粉絲可以通過安卓版Youtube應用觀看Jump拍攝的虛擬現實視頻。
Google VR 硬件處理器
Google自己的SoC芯片也表明了Google不僅僅要進軍VR領域，還要開拓VR硬件領域。為了推動VR的發展，據說Google要開發自己的系統級芯片。來自The Information的報告稱，Google與元件供應商洽談來共同開發針對虛擬現實和增強現實的芯片設計。該報道引述消息人士的話，Google一直在“尋找芯片的核心，進而確保芯片供應商可以提供足夠動力。”
實際上，Google自己似乎也在支持這一報道。公司在公開放出一個名為“多媒體芯片架構師”的職業招聘，該職業將“主導芯片開發”，開發范圍主要在“多媒體方面，包括圖像處理，視頻處理，穩定化等等”。招聘要求是“在SoC的圖像/視頻/播放流水線方面有相應經驗”，而最終目標是把芯片“產品化”。
Google Tango
Tango項目是開發有電腦視覺傳感器的一系列手機和平板。這讓設備可以做3D室內地圖，深度測量、增強現實和其他任何開發商能想出的功能。
Tango項目在2014年公布了一個開發者工具包，Google表示已經賣出超過3000個。在2014年Google I/O網絡大會上，Google和LG宣布在2015年會公布一款商業產品，但是這從未發生。但在2016年CES大會上，Google和聯想宣布第一款商業Tango設備會在今夏上市。
投資 Magic Leap
2014年，Magic Leap 接受 Google 高達 5.5 億美元 B 輪投資。2015年早期，麻省理工評論將Magic Leap技術評為2015年10大技術突破之一，該公司致力于增強現實的研究，它能讓你看到與真實世界無縫銜接的虛擬3D物體。Magic Leap很少談論其技術或策略。但是麻省理工評論了解到這家公司正致力于能夠處理光的硅片研究，并邀請開發商來為這個設備添加內容，現在并沒有一個公開發布日期。
手機產業的興起，背后是 GPU、傳感器、4G 網絡的性能提升和成本下降。而現在虛擬現實也很可能來到了這一步。我們梳理了虛擬現實背后的算法、技術和硬件設備基礎，去尋找它們背后的工作方式。
頭戴式顯示設備（HMD）可能是與虛擬現實相關的最能被一眼認出的東西了。有時候它們也被叫做VR頭盔或是VR眼鏡。你可能從名字就猜到了，這些都是安置在你的頭部、直接向你的雙眼顯示圖像的顯示設備。至少，如果有一個設備符合這兩個條件，你就可以在廣義上把它叫做HMD。
HMD并不僅僅被用于虛擬現實，它們同樣還能用于軍事、醫療、工程等領域。一些HMD讓用戶能夠通過它們來觀察外界，將電子信息投射到所見的真實世界中，這一般被叫做“增強現實”。
當我們回頭審視虛擬現實領域中現存的各種HMD時，會很明顯地發現，這些設備絕不僅僅是將兩塊屏幕綁在你眼前。無論是作為個人影音設備、還是全方位VR交互界面，為了獲得沉浸的體驗，HMD都需要整合許多技術。讓我們來看看你應該有所了解的那些最重要的技術吧！
顯示技術
顯然，顯示屏是一臺HMD中最重要的組件之一，畢竟這是你在使用的時候傾注最多注意力的地方。現在的HMD設備會使用各種技術向眼球投射影像，其中最常用的顯示技術是液晶顯示，也就是LCD。LCD也被用于制造智能手機、電視機、以及計算機的屏幕。另一種相似的顯示技術OLED（有機發光二極體）也已經被一些HMD設備采用。HMD顯示屏有兩個相當重要的指標：刷新率（refresh rate）和延遲（latency）。
像素和顯示
由于智能手機和平板電腦掀起了某種制造在數英寸的小屏幕上顯示高密度像素的“軍備競賽”，HMD也沾了光。像素是形成一張圖片的小點。顯示屏上每平方英尺的像素點越多，顯示出的圖像就越逼真。根據Apple公司創始人兼前CEO Steve Jobs的說法，一旦你每英寸的像素（ppi）達到了300，那么人類的眼睛在距離屏幕10到12英寸的位置上就分辨不出單獨的像素點了。現在，高端手機的顯示屏在往600 ppi的方向發展，這意味著對于普通的智能手機用途來說，多余的這些像素純粹都浪費了。HMD設備就不同了——你的眼睛距離顯示屏只有幾英寸，這些額外的像素密度將帶來天壤之別。
視網膜投影
另一種尚未大規模應用、但的確存在于一些頭戴式設備中——比如Avegant公司的Glyph——的顯示技術，叫做視網膜投影，其中用到的迷你電子投影儀會通過微型鏡片將圖像投影到你的視網膜上。它將你眼球的背面作為屏幕。視網膜投影的支持者認為，與采用LCD或OLED顯示技術的HMD設備相比，采用視網膜投影技術的HMD在成像質量和用眼疲勞方面都有優勢，只不過限于目前的技術水平，視網膜投影還不能提供其它技術能夠給予的沉浸視野。
刷新率
刷新率指的是在一段時間內顯示屏更新顯示內容的速度。一般來說，LCD計算機屏幕可以達到每秒60次，也就是60Hz。這也意味著最大的幀速率是每秒60幀。電影一般是每秒24幀。最近一些新電影，比如霍比特人，提升到了48幀每秒（fps）。對于觀眾來說，這讓電影看上去感覺更為流暢和真實。對于網絡視頻（比如YouTube上的那些）來說，60fps正在開始慢慢流行起來，特別是用GoPro之類的攝像頭拍攝的動作影片。既然虛擬現實要的就是讓人產生身臨其境的現場感和沉浸感，那就要問問應該要達到什么樣的刷新率才行了。看上去60fps是最低的門檻，90fps的表現會相當不錯。一些HMD設備甚至支持120Hz的刷新率。
延遲
延遲是一個輸入到一個輸出之間的時間間隔。比如，如果你在虛擬世界中轉頭，但你看到的圖像要用1到2秒才能跟上你新的頭部位置，那么你會體驗到嚴重的延遲。為了騙過你大腦中的視覺系統，虛擬現實需要非常低的延遲——通常來說，一流的體驗中延遲需要達到20毫秒或是更低。不幸的是，延遲并不是一件能被簡單解決的事：它不僅僅由你的顯示屏決定。從位置感應器到計算機硬件都會影響圖像傳輸到顯示屏的速度，每一個部件都會添上一點延遲。因此，一個低延遲的顯示屏是必須的，但只有它往往是不夠的。
光學
如果你拿起手機，將LCD顯示屏放到臉前，很有可能你看不到任何變化。為了創造出身處虛擬世界的沉浸感，屏幕上的平面圖像需要被放大到足以充滿視野。南加州大學一個研究團隊做了一次實驗，結果表明，任何試圖達到無邊界、讓人沉浸的視覺效果的HMD設備，都需要保持90到100度的視場（FOV）。HMD中的鏡片對此至關重要。我們的視場并不像屏幕一樣是方形的，也不是平板的，所以光學上的技巧必不可缺。有許多不同的HMD光學設計，對于應該用什么鏡片以及背后的原因也眾說紛紜，但一致的看法是，鏡片的質量非常重要。一臺使用了廉價鏡片的HMD設備可能在成像質量、清晰度、以及不希望發生的扭曲現象（unwanted distortion）幾方面都會很糟糕。對一臺已經賣出去的HMD設備，能做的效果最顯著的升級通常就是更換更高級的鏡片。
頭部追蹤
如果你能清晰地看到圖片，那真是再好不過了，不過如果不知道你頭部的位置的話，計算機也就無法了解你在注視著哪里。現代的HMD設備使用各種技術來準確追蹤頭部的位置。獲益于不斷發展的智能手機技術，我們現在可以在芯片上放置多維加速度計（multi-axis accelerometer），而紅外跟蹤攝像頭則可以準確捕捉到HMD上的標記，它們會將位置信息傳輸給計算機。不在固定位置使用的移動HMD就無法利用到外置攝像頭進行追蹤了，原因非常明顯，不過有一些新的技術——比如微軟的Hololens和Google的Tango計劃中用到的——可以通過在加速度計之外添加多種感應器來完成位置計算。
眼動追蹤
目前，至少有一款HMD設備（FOVE）宣稱整合了眼動追蹤技術。但是也有一些第三方為其他HMD產品提供這樣的升級包。
眼動追蹤使得HMD可以計算你在看哪里，隨后利用這個信息做一些事。比如，它可能會調整屏幕上圖像的深度（depth）來更貼切地模擬自然視覺，虛擬角色將會能夠對你的注視作出反應，或者你可以在虛擬世界中通過目光來快速選擇菜單項。
眼動追蹤可能會是一種用處極廣的重要輸入信息，讓我們能夠更自然地與界面進行交互。
眼動追蹤技術才剛剛進入虛擬現實領域不久，時間會告訴我們開發者們最終用它做出了什么。
音頻硬件
HMD設備的音頻沒有太多可說的東西，一些HMD設備會自帶耳機部分，而另一些則不那么做。可以選擇使用自己的耳機的HMD設備也屢見不鮮，這些設備自帶的耳機是可以被移除的。
計算機硬件
HMD既是輸入設備、也是輸出設備，它能夠追蹤你的頭部移動、也能夠向你眼中投射圖像。在這兩個步驟之間就是計算硬件的領地。事實上在計算硬件方面，所有HMD都能被歸入三類。第一種是完全內置計算硬件的設備，這些一般都是移動的、用電池供電的系統。通常這種硬件是拓展了用途的智能手機，甚至就是使用智能手機來完成所有需要的計算。第二種HMD設備自身不具有任何計算能力，它與外部的計算機連接。通常這種HMD設備接受HDMI輸入，用USB接口傳出頭部追蹤數據。第三種是前兩種的結合，既有自己的內置硬件，也允許外部裝置接入。
雖然智能手機硬件的性能已經足以提供一定程度的虛擬現實體驗，但仍然遠遠比不上計算機和主流游戲家用機能做到的地步。所以，從視覺逼真度和幀速率的角度而言，專門的外部計算硬件仍然是最好的選擇。
其他硬件
HMD的制作可以使用到各種各樣的材料：硬板紙、塑料、金屬、以及其他任何能把部件連在一起的東西。對于特定的一款HMD設備，考慮一下你能調整哪些地方是很重要的一件事。頭部綁帶的調整范圍就是重點之一。如果你戴著眼鏡，記得確認HMD設備是不是能夠容納眼鏡、或是通過調整HMD的鏡片可以讓你無需再戴眼鏡。最后，舒適的襯墊和人體工程學設計常常被人忽視，但卻也都是重要的因素。
輸入配件
之前提到過，HMD可以捕捉你的頭部位置信息，但是更多樣的輸入形式也不可缺少——除非你愿意站在固定的一點上，既不走動也不與其他東西交互。目前，最主流的虛擬世界游覽方式是通過現有的視頻游戲外設。這包括了游戲用的手柄、飛行控制桿、賽車方向盤以及鼠標和鍵盤。已經有一些專為VR設計的、更能帶來沉浸感的裝置，更多的則在開發中，包括全方向跑步機（omnidirectional treadmills）和SteamVR控制器之類的設備。
在非常高端的市場上，你可以找到追蹤全身運動的系統、機械力反饋裝置、液壓動力的操縱器等等。它們都與HMD一同協作，帶來更好的交互性和沉浸感。
這一切是如何工作的？
視網膜投影之類的不怎么普遍的科技先不提，大多數使用LCD或是OLED成像的HMD設備的工作原理是，向兩眼呈現相似但略有不同的圖像。這帶來了立體感的幻覺，也就是大多數人認為的3D圖像。你可能猜到了，這需要為兩眼都單獨地成像，但是為了節約成本、降低復雜性，大部分HMD設備向雙眼呈現的圖像是一樣的。
呈現的圖像本身并不能填滿整個視野，也并不是完美的方形。如果你不將設備戴到頭上而是直接察看屏幕，你會看到兩個圖像都有模糊的灰色邊框。
這模擬了我們的視野——位于視野中央的部分非常清晰，銳度（acuity）隨著靠近邊界而下降。在正確的距離從鏡片中看出去，圖像會很好地符合我們的視場，看上去非常自然，像是我們看的不是圖片、而是真實的場景一樣。
所以，當這些技術融合在了一起，你會感到身臨其境。無論你往哪里看，你看到的都是虛擬的現實，它們代替了真實的世界環繞在你身邊。這就是HMD是如何構成虛擬現實幻境的。
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