如何实现真AR 在过去

在过去，一些可能实现真AR的手段也曾被讨论过，其中有两种曾在Ivan Sutherland（计算机图形学和虚拟现实的先驱）60年代早期的研究成果中提出，Sutherland如是描述这个假象的“终极显示器（Ultimate Display）：

终极显示器必将会是这样，在一个房间内，由电脑可以控制一切存在的物体。人能够坐在房间中显示的椅子，被显示的手铐能控制住，而在这个房间内显示的子弹则可以致命。

在这里，Sutherland定义了真AR的最终形态：创造，控制并且破坏园子，其要义颇符合星际迷航中的可以呈现事物三维图像的全息甲板的描述以及早期科幻小说中的场景。

然而，Sutherland的假想存在巨大的技术屏障，比如应用在该场景的原子是高速变更的。Sutherland在三年之后解决了其中一些问题，他自己研发了一个立体头显设备（由于体积特别庞大被戏称为“达摩克利斯之剑”），其中三维位置和方向可被追踪，这能让他投射出的抽象物体看上去存在于使用者所在的物理环境之中（即“向用户提供一种你移动它也变化的透视图景。”）。不过这个头显也并非去控制用户周围的原子，而是精心测量用户所感知的周围环境并且显示原子重构的幻想。

在接下来的内容，我们将描述四种能实现真AR的主要方法，根据物理特性来区分排列：从“控制原子”到“控制感知”。

控制实体物质（Controlled Matter）

环绕AR（Surround AR）

个体AR（Personalized AR）

植入AR（Implanted AR）

1控制实体物质（Controlled Matter）

控制实体物质（Controlled Matter），就像Sutherland所述的那样，通过原子重构可能是实现AR的最理想的方式。通过快速重构原子创建的物理实体，对于所有使用者来说，在所有感官体验上都将会达到完美一致。然而，这是具有巨大的技术屏障的，包括能量的提供和安全性问题。尽管尚没有相关的通用设备面世，不过有一些在特殊条件的相关装置已经有所发展。

举个例子，现在已经有利用磁场在铁磁流中快速形成形状的装置了。不过这个装置的局限性在于这个组成的形状不是稳定的，又因为在强大的磁场之中，出于安全考虑也不能被人所触碰。其他的一些利用超声波场或者电磁流使固态漂浮的装置则试图解决固态稳定性的问题（如下图，几位日本科学家正在做相关研究），不过这样的装置还是存在安全问题，因为装置覆盖着强大的力场。

另一个更常见的手段是利用桌面的针管阵列（tabletop pin-arrays），这样既是实体又是可以被触碰。不过，针管必须被驱动来变形，这就严格限定了可呈现的形状的高度范围，因而既无法表现悬空形态也无法呈现多层结构。

2环绕AR（Surround AR）

环绕AR（Surround AR）。在呈现AR的手段中，仅次于控制原子的是控制光子。虽然用户在这种AR装置下仍然无法触摸到实体，不过却可能在视觉上达到虚拟和现实完全难以分别的效果。由于我们的主要的知觉维度取决于视觉，视觉上的模拟和增强是极其重要的。

能最大程度完成视觉保真的装置应该是这样的：周围的环境完全被屏蔽，取而代之的是全新的视觉效果；又或者最基本应该使光影的效果能达到人眼观察的完全一致（类似我们常常说的全息投影）。这样的光场装置有其优势：不需要跟踪用户的行动，也就意味着可以多个用户同时看到AR场景。

即使在数字革命之前，100多年前就有集成摄影术或者集成成像（integral photography）都能通过照相底片上的微透镜阵列达到这种效果（即获得三维呈像）。

全息摄影（Holography）通过干涉的方式记录被摄物体的反射波。但在实际操作上这些解决方案仍存在局限，庞大的图像数据信息需要与之匹配的巨大的动态装置，这让这两种解决方案仍然离真AR很远，不够目前全息摄影的方案使用得更多。至于触觉，英国布里斯托大学的Benjamin Long和他的同事们提出了用超声波刺激用户皮肤来模拟触觉，此方案已得到证明。

3个体AR（Personalized AR）

个体AR（Personalized AR）。除了在用户周围投射整体的环境效果，我们还可以在用户目前所看到的场景内增加一个部分，这样一种修改用户认知的要求相对容易，Sutherland的头戴设备就是第一件完成这个效果的装置。不过这个方法的麻烦之处在于必须追踪用户的视点，迅速刷新并且需要极低延迟率。另外，如果更多的用户需要参与进来，那么复杂性陡然增加，个体AR在目前是非常常见的，譬如Meta, HoloLens，Lumus在做的都是这里所述的个体AR。

4植入AR（Implanted AR）

植入AR（Implanted AR）。在我们描述的虚拟化进程中，极限并不是重构原子又或者传输光子给用户，而是直接控制用户的感知系统。这种方法在科幻小说/电影中历史悠久，包括《黑客帝国》和《全面回忆》（Total Recall）中都有类似的想象。未来学家预言这是改变我们真实生活的终极方法；雷·库兹韦尔（Ray Kurzweil）曾在《奇点临近：当计算机智能超越人类》一书中如是描述:“纳米技术会改进我们的身体……人类将可以通过神经接口直接连接电脑或者一直活在虚拟现实里。”近年来，由于仿生眼的成功案例，这种方案愈来愈受关注。通过用电流直接模拟视网膜和视觉皮质，盲人能够重获视觉。例如Argus系统（帮助视障者可见）已经在2011年被欧盟批准商用，2013年被FDA批准商用。目前，这个方案尚没有运用到增强健全人的现实体验上。

总而言之，我们认为短期内最为可行的AR手段是个体AR，不过其他的手段从长远看来都将得到发展，而相关的障碍也有待被突破。

文章源于36Kr网

长按关注

一个有深度的公众号

安得广厦千·万间

官方网站 : www.vanjian.com

OurBIM : www.ourbim.com

新浪微博：@万间网络科技

今日头条：@万间科技

知乎：@万间科技