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文章作者頭像

Ruins

2019-03-12 00:00:47

蘋果要如何造就一個高端的AR頭戴設備?

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分析人士近期表示蘋果 AR 眼鏡預計 2020 年發布,對于這家 iPhone 制造商近兩年內進入這個新興市場,我們并不驚訝。但是對于蘋果的 AR 產品本身,除了各種專利透露的既有限可能外,依舊是一個傳說般的存在。外界至今尚未能了解到它的具體情況,好在在蘋果之前已經有了成功打開市場的同類產品,參照這些產品的各個優點(以及缺點),則可預見到蘋果即將揭曉的 AR 眼鏡會如何去傳承與改良。

顯示屏

顯示屏可以說是 AR 和 VR 眼鏡最重要的組件之一,用戶在體驗中往往需要盯著屏幕看幾分鐘或幾小時不等,一個高質量的顯示器必不可少的。高質量的顯示器通常具有高分辨率,可以最大限度地減少用戶注意到單個像素的機會,以防破壞 AR 效果。

屏幕刷新率也需要足夠高,否則容易使用戶在屏幕刷新時感受到跳幀。快速刷新率和最小延遲既是保證視覺的完整性的必要,同時是減少眩暈的途徑,這是對 AR 和 VR 眼鏡基本的體驗要求。



對于刷新率,蘋果可以采用目前較好實現的兩種方案:一種是類似于 Oculus Rift,它采用了一個更大的屏幕和兩個單眼鏡片,有效地將屏幕分成兩半。與創建兩個較小的高分辨率屏幕相比,單個屏幕節省了資金。第二種就是類似于 Magic Leap One 的雙屏方案,同時更新兩個較小的屏幕而不是一個較大的顯示面板,雙屏能夠帶來更快的刷新率,當然,也要求更高的技術和更昂貴的成本。



需要說明的是,目前搭配移動智能手機實現的 AR/VR 眼鏡,比如谷歌 AR 眼鏡和三星的 Gear VR 眼鏡,均使用了較列加的單面板也就是單屏方案,不過這些設備實際依賴的是手機高分辨率屏。蘋果初代 AR 眼鏡據預測還無法做到獨立運行,需要通過無線/有線模式連接 iPhone,為了體驗效果,蘋果可能會選擇獨立雙屏技術。



當然,如果想控制成本的話,也可以直接把 iPhone 內置于眼鏡中,但這種模式似乎對目前移動 AR/VR 設備發展并無推動作用,也不便于 AR 眼鏡的日常使用——假如蘋果想要發布的是一款實用級產品的話。我們并不是很期待蘋果設計團隊沿用已有的模式。?

AR 圖像挑戰

在 AR 與 VR 之間,人們更多傾向于蘋果要做的是一款 AR 設備,畢竟現有搭建好的 ARKit 平臺,以及多項技術都可利用于 AR,而 VR 代表的是另一套空間沉浸體系。

雖然 AR 傳感器和其他區域在很大程度上都與 VR 相同。但 AR 眼鏡需要面臨著更特殊的視覺圖像挑戰,這也是 AR 和 VR 硬件之間的主要區別。

目前顯示 AR 場景的方法是由圖像捕獲裝置(AR 眼鏡)獲得實時圖像,傳輸到處理器中(比如 iPhone),然后處理器在現實圖像上覆蓋 AR 元件并將合成視圖發送回 AR 眼鏡以供查看。



該系統簡單易懂,但有著不好攻克的難點。它存在著與 VR 頭戴設備類似的問題,包括可能導致眩暈的延遲、移動和范圍的限制等等。再者就是,它的 AR 元件(虛擬附加部分)需要能很好地貼合到現實視圖中,但由于視覺本身的動態屬性,用戶視點的位置其實都是在不斷移動的,AR 眼鏡還得擁有足夠優秀的眼動追蹤系統。通過了解眼睛的位置,以及用戶在看什么,可以更準確地將虛擬對象與現實世界中的真實視圖對齊。

由此看來,眼動儀會是 AR 眼鏡的另一關鍵核心,按照蘋果對細節的魔鬼要求,或許會自主開發一套眼動追蹤系統也說不準。

傳感器

為了使 AR 眼鏡有效工作,它需要獲得周圍世界的準確信息。而為了正確生成用戶看到的場景,主機計算設備需要當前圖像和預判下一個圖像的運動數據。

在基礎層面上,這包括使用陀螺儀和加速度計在內的運動傳感器來分析頭部六個自由度的運動。加速度計可以幫助檢測頭部在不同方向上移動的距離,陀螺儀則用來測量 AR 眼鏡的任何傾斜運動。

根據操作所需的精確設置,可能還需要在外部放置攝像頭或其他圖像傳感器,比如 HTC Vive 的監控系統,它可以較好的實現用戶在開著 VR 的情況下依舊能清楚地看見現實世界。



對于 AR 設備,這些攝像頭將提供真實世界的視圖,這些視圖要么成為虛擬對象出現的背景,要么可用于計算對象的放置位置。如果使用的攝像頭足夠多,甚至可以提供更具立體感的世界視圖和 AR 效果。

與顯示器一樣,傳感器在采集數和數據傳輸時,也需要準確和快速運行。否則其生成的延遲會造成用戶移動的滯后,以及視覺場景的整體延遲,正如已經說過的,過多的延遲可能會直接破壞感知,或者導致眩暈,所以延遲必須控制在很小很小的數值。

就目前而言,VR 和 AR 的傳感器已經可以達到車載傳感器的速度,使得傳輸數據產生的延遲最小,剩余的問題,就在于處理器的能力了。處理器足夠強大,響應的時間就能足夠短。

所以是時候期待 2020 年應用在 iPhone 旗艦上的 A 系列芯片到底有多強大了。

聲音

在許多 VR 和 AR 應用中,用戶使用內置耳機、揚聲器、甚至包括將第三方耳機接收聲音都是可以的,但仍有一些因素需要考慮。

一方面,有效降噪和隔絕外界聲音,有助于沉浸體驗。當然,也可以采用環繞聲耳機或者立體聲軟件來模擬真實環境。

但另一方,VR 和 AR 并不完全應用在獨自一人在小房間里的游戲體驗中,它還得進行別的工作,無論是從工作的協作角度還是從安全角度,允許用戶聽到附近環境聲音都是必要的——尤其是 AR。對于可以在各種場所使用的 AR 眼鏡而言,廠商還得考慮不同場景的聲音接收體系。



舒適度

佩戴舒適與否不算是個技術問題,但肯定是個設計能力的問題,而且會是吸引消費者購買的主要因素。

目前大多數 VR/AR 設備都在努力解決這個問題,如果在眼鏡上置入智能手機,它的重量并不輕,而且框架也會很大,佩戴起來略顯笨重。擁有獨立處理能力的設備更是因為內部和外圍組件太多增加了重量。用戶戴起來頗有壓力。



而將頭戴設備與主機(處理器端)相分離則可以保證 AR 眼鏡足夠輕便,佩戴舒適。手持版本更適合一些需要保持移動、比較短時間的體驗場景,比如出行旅游、在線購物之類。同時,這種方案會占用用戶的一只或兩只手,從而限制了用戶在虛擬環境中可以完成的動作。



從日前分析師的情報來看,蘋果的 AR 眼鏡很有可能采用的是后一種辦法。

可用性

在理想的 AR 和 VR 成熟階段,頭戴設備的設置和使用會非常簡單,但顯然我們還沒有達到這種階段。現有的主流 VR 設備的設置得從房間規模開始,到線纜連接,接收器放置,設備設置,平臺關聯等一步一步來,可能會讓很多用戶感到繁瑣。

依賴智能手機的頭戴設備會容易一些,因為它可以通過智能手機滑動到位、運行 App 來簡單地進行。更簡單的范例是 Oculus Go,因為它是獨立的,不需要主機操作,不需要適配外置設備,并配有一個簡單的控制器。



當然,設置硬件只是其中一部分。軟件方面的設置體驗完全是另一回事,然后是應用生態本身。

根據每種類型的 VR 或 AR 眼鏡的復雜性,App 開發人員需要滿足不同在使用硬件時的不同要求。同時,他們還需要根據可用資源調整應用程序的用戶體驗,包括用戶如何與虛擬空間或數字 AR 項目交互,以及他們的運動范圍。

就目前而言,還沒用一種方法可以很快做到硬件與軟件之間快速、廣泛的兼容。這也是為什么 AR 和 VR 發展這么些年,卻一直很難從硬件上普及的原因:因為軟件生態太薄弱了。

蘋果的 ARKit 確實在逐步建立相關的軟件內容體系,但給它的時間尚短,很多 App 得在有一款 AR 眼鏡產品的前提下,才知道如何去設計功能以及交互,隨后再去解決實際操作問題,這又得是一輪全新的探索,很難想象 AR 眼鏡到達用戶手中的時候,有足夠數量和質量的 AR 應用/游戲來展現硬件的價值,你要忍耐一段比較長的軟件滯后期。



AR 之難

確實,自從 ARKit 推出以來,蘋果和第三方已經朝著 AR 主流趨勢邁出了一大步。但縱觀整個市場,除了微軟的 Hololens 及其相關計劃之外,硬件在商業的可行性方面還遠遠不及 VR。

蘋果正在開發一款 AR 眼鏡嗎?很有可能,因為專利申請和蘋果安全報告確實表明他們正在調查相關技術,但這絕不代表著硬件即將到來的跡象。



包括分析師自己也表示,2020 年是一個非常樂觀的時間。

2017 年 10 月,蘋果 CEO 蒂姆·庫克(Tim Cook)指出,AR 是一項重要但仍在孕育階段的技術。在采訪中他是這么說的:“我可以告訴你,技術上尚無法達到高質量實現這一點。AR 所需的顯示技術,包括一個頭戴顯示設備上放置足夠的東西,都是巨大的挑戰。”

蘋果自己對于 AR 是不樂觀的。

2017 年到 2020 年也不過短短三年,除非這三年中有重大突破成果——但直至 2019 年的今年我們并未有所耳聞——如果蘋果真的能很快發布 AR/VR 硬件,那它誕生的主要目的也很可能是迎合市場、投石問路,而非因為時機成熟,順勢而為。
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