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在經歷了兩年的原型機開發和測試后，Oculus在本周四終于對第一次對外展示了他們的Oculus Rift消費者版虛擬現實（VR）頭盔（Consumer Version 1，CV1）。Oculus Rift是一種在虛擬現實領域使用的顯示器，能覆蓋佩戴者的全部視野，目前主要應用于電子游戲中。此次的Oculus Rift CV1依舊非常輕便，能提供360度的VR音效，支持瞳距可調，相比第二代開發者版來說具有更廣闊的視野和更可靠的頭部追蹤系統。 去年，Facebook斥資20億美元收購了Oculus。讓很多人認識了這家公司和Oculus Rift這個產品，也讓虛擬現實（VR）技術迅速成為科技業的新熱點。 事實上虛擬現實并不是一種新技術，但是在Facebook等科技巨頭的關注之下，其正在煥發出新的生命。今年晚些時候到明年下半年，索尼等多家公司也將對外發布或者開售虛擬現實頭盔。有業內人士指出，2016年將是“虛擬現實元年”。三星、HTC、谷歌、索尼、微軟等公司也將在智能手機之后的另外一個計算平臺展開新的爭奪。 什么是虛擬現實（VR）？ 虛擬現實（Virtual Reality），簡稱VR技術VR，也稱靈境技術或人工環境，是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。用戶進行位置移動時，電腦可以立即進行復雜的運算，將精確的三維世界視頻傳回產生臨場感。該技術集成了計算機圖形、計算機仿真、人工智能、傳感、顯示及網絡并行處理等技術的最新發展成果，是一種由計算機技術輔助生成的高技術模擬系統。 從技術的角度來說，虛擬現實系統具有下面三個基本特征：即三個“I”immersion-interaction-imagination（沉浸—交互—構想），它強調了在虛擬系統中的人的主導作用。從過去人只能從計算機系統的外部去觀測處理的結果，到人能夠沉浸到計算機系統所創建的環境中，從過去人只能通過鍵盤、鼠標與計算環境中的單維數字信息發生作用，到人能夠用多種傳感器與多維信息的環境發生交互作用；從過去的人只能以定量計算為主的結果中啟發從而加深對事物的認識，到人有可能從定性和定量綜合集成的環境中得到感知和理性的認識從而深化概念和萌發新意。總之，在未來的虛擬系統中，人們的目的是使這個由計算機及其它傳感器所組成的信息處理系統去盡量“滿足”人的需要，而不是強迫人去“湊合”那些不是很親切的計算機系統。 現在的大部分虛擬現實技術都是視覺體驗，一般是通過電腦屏幕、特殊顯示設備或立體顯示設備獲得的，不過一些仿真中還包含了其他的感覺處理，比如從音響和耳機中獲得聲音效果。在一些高級的觸覺系統中還包含了觸覺信息，也叫作力反饋，在醫學和游戲領域有這樣的應用。人們與虛擬環境相互要么通過使用標準裝置例如一套鍵盤與鼠標，要么通過仿真裝置例如一只有線手套，要么通過情景手臂和/或全方位踏車。虛擬環境是可以是和現實世界類似的，例如，飛行仿真和作戰訓練，也可以和現實世界有明顯差異，如虛擬現實游戲等。就目前的實際情況來說，它還很難形成一個高逼真的虛擬現實環境，這主要是技術上的限制造成的，這些限制來自計算機處理能力，圖像分辨率和通信帶寬。然而，隨著時間的推移，處理器、圖象和數據通訊技術變得更加強大，并具有成本效益，這些限制將最終被克服。 虛擬現實技術是如何運作的？ 虛擬現實有三個獨立的步驟。 第一步，追蹤。例如，利用頭盔式顯示器追蹤一個人在現實世界中的運動軌跡，當他(她)走動時，我們可以追蹤到他(她)的位置，不斷測量他(她)在物理世界中的運動軌跡。 第二步，透視投影。這個詞指的是重新繪制一個場景，并利用計算機圖像將抽象信息從代碼轉化為有形的顯示單元(如像素)。 第三步，展示。當他(她)處于新位置時，我們可以改變他(她)眼中看到的信息，耳中聽到的聲音，有時候我們還會做出虛擬接觸效果改變他(她)的手的位置，偶爾也會做出虛擬嗅覺。大腦的前部會告訴他(她)這不是真實的場景，而大腦后部卻會說這是真的。 虛擬現實技術包含哪些關鍵技術 1、實時三維計算機圖形技術 關鍵是實時。例如在飛行模擬系統中，圖像的刷新相當重要，同時對圖像質量的要求也很高，再加上非常復雜的虛擬環境，問題就變得相當困難。 2、廣角(寬視野)的立體顯示 雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統采用單個顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產生了立體感。 3、立體聲 在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強度的差別來確定聲音的方向，因為聲音到達兩只耳朵的時間或距離有所不同。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現的，所以會有一種方向感。現實生活里，當頭部轉動時，聽到的聲音的方向就會改變。但目前在VR系統中，聲音的方向與用戶頭部的運動無關。 4、用戶(頭、眼)的跟蹤 在人造環境中，每個物體相對于系統的坐標系都有一個位置與姿態，而用戶也是如此。用戶看到的景象是由用戶的位置和頭(眼)的方向來確定的。 5、觸覺與力覺反饋 在一個VR系統中，用戶可以看到一個虛擬的杯子。你可以設法去抓住它，但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺，并有可能穿過虛擬杯子的“表面”，而這在現實生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是在手套內層安裝一些可以振動的觸點來模擬觸覺。 6、跟蹤頭部運動的虛擬現實頭套 利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，用戶的視覺系統和運動感知系統之間就可以聯系起來，感覺更逼真。另一個優點是，用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認識環境，而且可以通過頭部的運動去觀察環境。 7、語音輸入輸出 在VR系統中，語音的輸入輸出也很重要。這就要求虛擬環境能聽懂人的語言，并能與人實時交互。而讓計算機識別人的語音是相當困難的，因為語音信號和自然語言信號有其“多邊性”和復雜性。 現階段虛擬現實設備涉及的領域有哪些？ 虛擬現實技術應用在游戲領域是廣為人知的，該領域的產品也是最為人們所熟悉的，索尼的Project Morpheus就是一款虛擬現實設備。Facebook為什么收購Oculus？主要原因之一就是它開創了一種新的產品：體感虛擬現實裝置，它的出現將更多不為人知運用虛擬現實設備的領域突顯出來。 屬于汽車領域的福特公司也開始涉獵其中。在福特的虛擬環境實驗室里，采用Oculus Rift眼鏡來評估還不存在于物理世界的虛擬汽車的外觀和內部裝置。通過佩戴頭戴式設備Oculus Rift，佩戴者可以在實驗室體驗駕駛車輛的感覺。此外，虛擬環境實驗室還可以營造一種視覺效果——看到和真實車廂外幾乎一樣的景象。 美國國家航天航天局（NASA）之前就制造出虛擬現實系統以讓人們體會火星漫步的感覺。現在NASA 又結合微軟的Kinect與Oculus Rift，讓航天員能以第一人稱視角遠距離操縱機器人進行各種危險工作，未來可以應用在太空站、航天飛機上。 還有房地產領域廠商為了方便顧客看房買房，也運用起了虛擬現實技術。其他如醫學、工業、教育等領域也都采用過虛擬現實技術，只不過我們以前沒有關注罷了。相信在未來十多年的時間里，虛擬現實技術肯定會成為下一個重要的技術平臺，屆時會有更多的領域使用虛擬現實技術。 未來，虛擬現實技術將在有哪些領域獲得應用？ 案例NO.1：強化凝視 如果我凝視著你，你的心跳會加速，你會記住更多我所傳達的內容。但要同時與200人保持眼神交流幾乎不可能。而虛擬現實的魅力在于，我可以通過電腦，將虛擬化身顯示在每個學生的顯示屏上，每個學生都可以與我進行眼神互動交流，覺得我一直凝視著自己。在過去15年中，我們對幾百名學習者做過試驗。結果顯示，如果學生認為他(她)一直是老師目光的焦點，他聽課會更認真，成績也會相應地得到提升。 案例NO.2：動作和相貌模仿 心理學家認為一個人的受歡迎程度與他(她)的模仿能力成正比。例如在面試中模仿面試官的姿勢、動作，對方會更喜歡你。現在如果我要模仿你們，只能選擇其中一人的動作來模仿，但虛擬現實可以改變這一狀況。創建一個老師的虛擬鏡像，電腦會根據每個學生的動作創造出一個與學生的相貌及行為舉止更為類似，更具親和力的老師，讓學生覺得老師跟自己相像，從而更認真地聽講。同樣，人們對于相貌更像自己的人也更有好感。 案例NO.3：身份的轉變 一個人走近一面虛擬鏡子，看到了他的化身，發現鏡中的自己是一名白人男性。這時突然有人按下按鈕，鏡中的形象變成了一名黑人女性，例如非裔美國人。這種虛擬化身與本體的不一致對他將有何影響?我們知道有個詞叫做“設身處地”，如果你和某人有類似的感覺，你的同理心反應會更強。 案例NO.4：美麗的化身 社會心理學家發現，有魅力的美麗女孩通常更自信、更外向、求職成功率也更高。在虛擬現實中，美麗唾手可得，每個人都可以擁有完美的化身。當你的化身是美女時，你在上前與他人交流時會站在一個離對方相對較近的地方。此外，你的講話方式、語音語調、詞匯的選擇，都會因為你的虛擬化身而發生變化。美麗的虛擬化身能激發你的信心。 案例NO.5：高大的化身 在現實世界中，一個人的地位高度通常與收入、信心成正比，這是一種重要的社會暗示。在虛擬現實中，高大的形象也垂手可得，它甚至會影響到你的現實財務狀況。 那么這種美麗和高大的感覺會持續多久?有的人摘除頭戴式設備回到現實后，虛擬現實仍會持續對他們產生影響。擁有美麗虛擬化身的女孩在現實生活中會更加積極地參與各類社交活動，擁有高大虛擬化身的男性在現實世界里也會變得更為自信，擁有更強的領導能力。 案例NO.6：同理心和利他主義 在虛擬現實中，如果你的化身是視覺障礙者或殘障人士，你會體會到各種不便，也會更加了解這些人的不易。對這種角色的扮演會提升你的同理心。而且人們在虛擬世界中更愿意幫助別人。 案例NO.7：環境保護 人類的特定行為所造成的結果無法立刻呈現在人們面前，如氣候變化。然而如果使用虛擬現實技術進行模擬，無形的事物——如碳分子——就可以變成有形的，給人一種更直觀的感受。在美國，廁紙通常是不可循環再利用的。為了減少這類紙張的使用率，我們做了一個實驗，將測試對象分為三組：第一組成員拿到了一篇紐約時報的文章，講述的是伐木的場景;第二組成員在視頻上看到了樹木砍伐的過程;第三組成員在虛擬現實中身臨其境地體驗了砍樹的過程。一段時間后，我們對這三組成員進行了后續追蹤調查，其中第三組成員的用紙量下降了20%，而其他兩組成員的行為基本沒有改變。所以虛擬現實技術在一定程度上有助于加強人們的環保意識。 案例NO.8：養老金產品 在中國，可能20多歲的年輕人都會進行儲蓄;但在美國，人們更傾向于“及時行樂”，很少往銀行存錢。虛擬現實技術可以讓一名20多歲的年輕人看到自己被老化處理后65歲的樣子。當年輕人看到栩栩如生的老人形象后，會開始考慮現在應該如何為今后舒適的晚年生活做準備。我們與美國銀行合作開發的“人臉退休”(Face Retirement)產品，也是為了改變人們的觀念。 案例NO.9：減肥產品 用虛擬化身來改變行為在健康領域同樣適用。在美國，肥胖已成為一種流行病，很多人都知道不運動、飲食不健康的生活習慣不對，但卻難以改變。在虛擬現實中，你做三次抬腿運動，就會明顯發現自己的化身輕了一磅。之前可能你不相信自己能做到，但虛擬化身給你的感覺是，只要我運動，我是真的可以瘦下來的，這就是社會認知理論中的“自我效能”概念。 案例NO.10：體驗式學習 如何提升學生的學習效率。這里要講的是建構主義，即“做中學”(learn by doing)。比如老師今天講物理學中的重力章節，可以讓學生在虛擬現實中往深坑跳下去，真真切切地去體驗和感受重力。如果小孩想探秘海底動物之間的關系，可以通過虛擬現實創造出一片海洋，讓孩子們在海底暢游，去探索海底動物關系及海流變化等。這種學習體驗是非常棒的。 虛擬現實硬件工程師需要哪些技能？ 了解了這么多關于虛擬現實技術的信息，若要最終實現，那就需要做成產品，這其中需要設計師、工程師們的不斷努力。那么，面對這樣一個看上去稍顯陌生的領域，工程師需要掌握哪些技能呢？這里直接給出兩個例子。 下面是一家公司的虛擬現實技術硬件工程師的招聘要求。 首先，工作說明：通過不斷地進行產品原型迭代，探索和完善機械和電氣的設計。通過技術制造和產品開發指導來保證高水平的制造工藝。理想候選人應該具有較硬的工程背景，優秀的原型設計技巧以及設計和制造高技術產品的經驗。 主要職責是：領導整個產品生命周期中的工程活動；開發系統、板級設計和低水平的嵌入式軟件支持；開發嵌入式電子設計PCB布局以及元件布局分析；創建技術規范和產品定義；采購產品和服務，包括材料成本分析賬單；提供跨職能領導能力以及發展方向。 技能要求：電氣、電子、機械或計算機工程專業，或類似經驗；擁有硬件設計和電子產品工程的專業知識；擁有產品制造只是以及快速原型制造的經驗；具備把設備與嵌入式電子系統結合的能力；精通三維建模和設計分析技術。 加分技能: 光學系統和機制設計經驗；嵌入式固件開發的經驗；多傳感器的單片機和微處理器的對接經驗；Unity引擎或虛幻引擎的經驗；VR或AR系統以及應用程序開發的工作經驗；對其他的原理例如工業設計和質量控制感興趣。 再來看看Oculus團隊的 我們從Oculus官網看到Oculus硬件工程目前有7類工程師的需求，分別是：電氣驗證主管、機械工程師、 Soft Goods工程師、光學工程師、先進制造工程師、RF工程師、產品設計工程師。 電氣驗證主管需要測試和驗證交到消費者手中的產品，需要和電氣、機械和固件工程師合作，以確保新產品質量。主要負責：測試和驗證硬件產品、設計和構建的自動測試系統的硬件和軟件接口、驗證固件的協議和接口等等。要求獲得電氣工程學士學位（碩士學位優先考慮），擁有豐富的實驗室設備（如示波器，高速數字測試設備，邏輯分析儀和函數發生器）使用經驗，和測試設備自動化經??驗，具備測試UI設計能力；擁有I2C，SPI和USB等測試和調試知識；熟悉python腳本語言和LabVIEW這樣的的工具以及較強的數據挖掘分析能力和經驗。 RF工程師則主要負責電路設計和天線設計；負責屏蔽設計、干擾抑制；負責一個射頻系統從概念原型到最終的生產實施；負責射頻架構的未來產品原型。要求獲得電氣工程或相關技術學科的學士學位；6年以上的射頻設計經驗；熟悉PCB布局原理和天線設計；擁有無線電校準、匹配網絡設計、負載牽引分析和傳輸線理論設計等等的無線設計知識；擁有豐富的射頻測量設備使用經驗。 產品設計工程師是領導設計開發生產新的硬件產品的牽頭人，除了要求具備豐富的機械專業知識和經驗外，光學系統經驗也會是加分技能。 這里還看到要求能推動中國供應商，會普通話或者粵語也是加分項。看來Oculus對中國市場是相當關注的啊。 想必，不久之后，也會有不少中國工程師投身到這一領域吧。 資料來源： 1. Oculus官網 2. 維基百科 3. 騰訊科技, Oculus正式發布消費者版頭盔 兼容Xbox游戲 4. 虎嗅, 虛擬現實技術在未來有哪些應用領域？ 5. yivian, 看看人家的虛擬現實技術硬件工程師的招聘要求 |
