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VR,AR,MR | 虚拟和现实的盛宴

VR,眼睛通过外部(vr眼睛)设备感受 AR,通过软件投影到物体上,操作容易 MR,3D全息立体投影,如蜘蛛侠英雄远征
V R (Virtual Reality)
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简单理解,VR就是把虚拟的世界呈现在你眼前。目前人们约定俗成的,是把那种戴着头盔的,有沉浸感的,无边框的虚拟世界,称为虚拟现实。

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在很多的BIM论坛中都有VR这么个板块,但大多数都属于「假VR」,也就是不属于这种约定俗成的VR。这种技术很接近VR,但它有自己的名字,叫全景图像或者全景视频。它和VR最大的区别就是沉浸感,你把它套在眼前,最好的效果也就是在影院观看巨幕电影的感觉,远远没有「我在这个场景里」的沉浸感。 造成沉浸感的区别有三个原因:➤ 一是图像分辨率太低,骗不过眼睛;➤二是有明显的图像边界,就是手机屏幕的边界;➤三是没有双眼单独运算产生的纵深感,你看到的只是一副展开在眼前的巨大球面图像而已。建筑业用到的VR技术,大多是用游戏引擎把建筑场景的三维模型进行渲染,然后单独导出成VR视频或者VR程序,再使用专门的硬件设备来观看。 三维模型不一定要用BIM模型,用3DMAX,Sketchup建模都可以。只不过这些软件属于效果图人员和建筑设计师才能掌握的,而BIM让更多的人有了建筑建模的能力,所以才会让VR在建筑业大面积的爆发。END

A R (Augmented Reality)
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很多人把增强现实理解为「效果更好的虚拟现实」,这完全是错的。它并不是虚拟现实的升级版,这两者诞生和发展也是完全独立的。增强现实技术就是字面上的意思,用虚拟的东西把现实增强。

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举个例子。2016年,推出了一款风靡全球的手机游戏,叫 pokemon go。玩这个游戏的时候,你举起手机打开摄像头,就可以在真实的环境中发现宠物小精灵,可以抓捕它们或者进行战斗。这些小精灵不是简单的显示在画面里,而是会根据现实场景来改变它们的位置。 和虚拟现实做个对比,VR就是创造一个完全取代现实的世界,让人感觉「我怎么在这里?」,AR则是在现实世界的图像中叠加一些东西,让人感觉「哎?这里多了个本来不存在的东西」。从技术层面来说,增强现实和虚拟现实的差别很大。虚拟现实的核心技术基本都集中在计算机图形领域,需要解决的是图像运算问题,和硬件设备性能的问题。 而增强现实的核心技术在环境识别领域,也就是程序怎么知道摄像头正在拍摄的东西是一张人脸还是一棵树,此外还需要一套算法来把虚拟的物体显示在该呆的地方。 在算法功能上,增强现实比虚拟现实要难,但反过来对于硬件的需求反倒比虚拟现实要低。因为它只需要运算虚拟部分的物体,而不需要进行整个场景的渲染。

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一种比较有价值的应用是连接BIM模型与实际现场。 比如项目的土建已经施工完成,在安装机电设备的过程中,用移动设备观看现场,可以把未来需要安装的机电设备模型投射到画面中,指导现场施工,还可以随时观看施工进展是否符合BIM设计。

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再比如改造项目,可以用手机来扫描现场,AR程序能通过投射的方式给你一双「透视眼」,看到地下和墙壁后面的管道,来进行精确的开挖。当然这些投射的模型是BIM提供的。

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第二种是对模型信息的投射。AR可以投射的不仅是图形,文字和表格信息也不在话下。它所依赖的设备也不仅仅是手机或者掌上电脑,像微软的Hololens、国产的meta 这样的增强现实眼镜,都是专门为AR技术开发的设备。这类头显设备都带有前置传感器,可以识别场景和穿戴者的手势,也可以通过编写程序,把施工现场的工序做法、施工问题、构建属性等信息投射到眼前,不仅可以用于施工阶段,还可以用于后期运维。

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在这类应用中,BIM模型中的信息就为AR程序的编写提供了有力的支持。 需要知道的是,这些硬件产品虽然已经逐步进入商业市场,但应用层面还不是很成熟。比如对空间的识别精度不够,对遮挡物的处理能力不足等问题。不过随着硬件的计算能力和软件的更新迭代,这些问题都将逐渐得到解决。你可能还见过一种AR的应用场景,就是用摄像头对着一张平面图纸,可以在显示器上看到图纸中的建筑变成了3D,还能随着图纸的位置变化进行旋转。

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虽然看起来比较炫酷,但除了带来感官上的新意,实际生产力可能还比不上一段普通的施工模拟动画。END

M R(Mixed Reality)
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MR的概念最早进入大众的视野,是一段网上疯传的视频,叫做「谷歌黑科技全息投影裸眼3D」,展示了一只鲸鱼的全息影像投射在体育馆里的情景。

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视频来自于谷歌投资的Magic Leap,把它的技术定义为混合现实。在它出现后不久,前面说到的微软Hololens也把自己从增强现实设备改名为混合现实设备。后来,这段视频被证明只是Magic Leap的概念宣传,它的技术也根本不是国内理解的全息投影裸眼3D,而是需要佩戴相应的设备才能实现。

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鲸鱼飞行的轨迹,和它溅起的浪花,在体育馆这个场景里是由远至近三维展示的,而不是简单的覆盖在现实图像之上;鲸鱼在沉入水底的时候也是准确的在地面的位置沉下去,而不是在半空中消失;最重要的是,在视频的最后,鲸鱼还会被离镜头最近的现场观众遮挡。如果只是把画面投射在图像的最顶层,是绝做不到这一点的。

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通过这张图来说清楚VR、AR和MR的区别。

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➤虚拟现实VR,是创造了一整个虚拟世界,把你和现实世界隔离开。核心问题是图形计算和沉浸感。➤增强现实AR,是把虚拟事物叠加到现实世界图像的最顶层。核心问题是图像识别和跟踪。➤混合现实MR,是把虚拟物体和现实物体都进行再次计算,把它们混合到一起,难分彼此。核心问题是对现实世界的3D扫描,以及远近空间的感知。END

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