AR增强现实的技术实现及案例2685.pptx
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1、-89-AR 增强现实的技术实现及案例AR先烈:谷歌眼镜(Google Glass)2012年4月发布,它可以通过声音控制拍照、视频通话和辨明方向,以及上网冲浪、处理文字信息和电子邮件等。先锋:微软HoloLens全息眼镜于北京时间2015年1月22日凌晨与Window10同时发布,6月15日微软在E3游戏展上展示更完整的现实增强版Minecraft游戏。新锐:Magic Leap成立于2011年,2014年获得谷歌领投的5.42亿美元投资,Magic Leap曾在2015年9月发布过一段“直接利用Magic Leap技术”实现的视频,没有添加任何特效,但样品一直没有曝光。-91-AR提到AR
2、,可能想到的应用:战斗机的平视显示器 汽车的HUD(Head Up Display)抬头显示(或称平视显示器)(宝马汽车高端车型均已应用此类技术)图片来源:AUTONET-92-ARAR其实一直在我们的生活中 购物比价软件;点读笔;谷歌的对译;语音翻译软件APP;导航软件APP;旅游景区介绍景点的APP;等等国内企业的机会不在于平台,而在于找到用户痛点,从小功能突破。汽车后装HUD生产商Navdy2014年8月众筹引起轰动效应,目前国内在汽车HUD领域创业的正如火如荼,可以连接汽车OBD接口显示汽车状态数据、可连手机接电话及语音回短信、可导航、可语音或手势交互,渐渐将成为汽车智能平台。该领域技
3、术难点在于台式机的散热、强日光下的呈像清晰度,或者要抛弃Navdy路线。Navdy采用DLP技术,配备了5.1英寸透明HUD“Feels Like Driving In The Future”-93-ARAR有两类,一类是不融合现实,只从旁提示信息用,像Google Glass,一类是与现实融合,而融合方式又分两种,一种是透明AR(optical see-through):透过镜片直接看到现实世界;另一种是视频叠加AR(video see-through或videooverlay):通过摄像头捕捉前方现实世界,以视频加其它增强信息共同呈现给用户。AR可以看成VR的超集,镜片前面一遮就成了VR,
4、不过目前AR的FOV还是太小了,反过来,VR加个前置摄像头也可实现视频叠加型AR,现在手机和平板上已经出现了很多video overlay的APP,比如上海的小熊尼奥(15年获纪源资本GGV Capital领投、高通等跟投的1.2亿人民币)。两种融合AR遭遇的挑战都是刷新延迟,视频叠加AR相比透明AR,优势在于算法简单、劣势在于多为2D视频,如果是3D沉浸式的,延迟问题更大。视频叠加AR的两大底层引擎,德国Metaio于15年5月22日被苹果收购后暂停对外服务,Vuforia于随后的 10月12日被高通卖给了物联网公司PTC还对外服务,其它引擎还有法国TOTAL IMMERSION的DFusi
5、on、国内的Realmax、亮风台HiScene等。图片来源:小熊尼奥口袋动物园-94-ARSight(以色列2012)导演兼编剧:丹尼尔 拉索-95-Google Glass谷歌眼镜最初在2012年4月5日发布,13年10月30日又发布了第二代,加了微型耳塞(前代骨传感耳机在嘈杂背景下听不清),并对小型近视眼镜架做了适配处理,14年4月15日正式限量以1500美元发售,7月正式开放直播功能。GoogleGlass可抬头唤醒或者“OK glass”语音唤醒、摘除锁屏,可手势L型比划或眨眼拍照、可录像分享、收发短信、上网、处理电邮、查询天气路况等,只是应用市场Glassware中的APP不到50
6、款,均免费。-96-Google GlassLCOS 硅基液晶微投影技术。Google Glass实际上就是微型投影仪+摄像头+传感器+存储传输+操控设备的结合体,用的是Himax的Color Sequential LCOS显示器(类似于DLP,用硅基液晶反射光线),型号HX7309,分辨率640 x360,显示区尺寸4.8*2.7毫米,经曲面镀膜棱镜反射后,显示效果如同2.4米外的25英寸16:9屏幕,摄像头像素为500万,可拍摄 720p视频,16G内存,支持WiFi与蓝牙连接;全镜重50g,电池570mAh,藏于右镜架脚,一次充电6小时可用,但拍照只能用2小时,拍视频撑不到40分钟。图片
7、来源:谢煜,知乎-97-Google Glass2015年1月19日,谷歌正式停止了谷歌眼镜的“探索者”项目,虽然成了先烈,索尼、三星、联想以及国内很多初创企业也在跟进发展自己的Glass。Google Glass得到了外科医生、建筑工人、机修工程师等技术人才的认可,但失败的原因有三点:1、1500美元的价格太贵,应用少显得性价比不高;2、挂在右眼上方的小屏幕,与现实世界分离,斜眼分散注意力,容易有出行风险;3、助长了偷拍、偷录等不法行为,触及了隐私与版权的底线,有些酒吧、餐厅、影院等公共场合明确禁止使用,用户甚至得到了“眼镜混蛋”(Glassholes)的不雅称呼,有人认为正是谷歌的极端限售
8、造成了拥有眼镜的人成为少数派,所以被社会孤立。-98-Google Glass谷歌眼镜应用:Emotient通过表情分析情绪,虽然有认为Google Glass的应用场景太少,但类似Emotient这样的系统在商业营销分析中还是很有帮助。第三方Emotient2014年3月7日推出了一体验款全新应用,可以利用谷歌眼镜分析其他人的心理感受。Emotient 起源于加州大学的“机器感知实验室”(Machine Perception Lab),它能分辨出类似于喜悦、愤怒、悲伤、惊讶等等基础表情,以及焦虑、沮丧等复杂表情,普通网络摄像头就能支持分析。这家公司已经于2016年1月8日被苹果收购。-99-
9、Google Glass谷歌眼镜的工作被分配至托尼 法戴尔(Tony Fadell)领导的消费类硬件部门(Nest)智能家居,Tony是iPod之父。2014年5月原Glass项目负责人Adrian Wong投奔Oculus VR,由曾在博士伦担任高管负责太阳镜Outlook Eyewear设计推广的营销人才Ivy Ross接任。眼镜研究并未停止,未来可能更关注用户需求,新款Google Glass 可能不久就会面世,15年6月Google又公开招聘Glass项目高级生产技术工程师,16年1月据华盛顿邮报报道,有人在FCC(联邦通信委员会)网站上找到了Google Glass 的材料,增设了录
10、制视频的闪烁提示灯以规避隐私侵犯问题,另有消息称,眼镜复出将主打2B路线,以尽量规避隐私争议。不过看图还是单目的!-100-微软HOLOLENS微软HoloLens于北京时间2015年1月22日凌晨与Window10同时发布,迅速赢得舆论关注,6月15日微软在E3游戏展上展示更完整的现实增强版Minecraft游戏。HoloLens利用3D投射,在现实场景之上叠加一层立体的虚拟展示界面,通过手势、语音、蓝牙点击配件Clicker交互,支持眼球追踪,可以在墙上获取消息、查找联系人,在客厅墙上直接进行Skype视频通话、观看球赛,在地上、家具间玩Minecraft等游戏,甚至于可以将创造的虚拟物品
11、通过3D打印变为实物。“Because when you changethe way you see the world,youcan change the world you see.”Hololens不认为自己是AR,而认为自己是MR(Mix Reality)-101-微软HOLOLENS微软Hololens项目由前 Xbox 孵化项目总经理、被誉为 Kinect 之父的 Alex Kipman负责,他是巴西裔,2001年加入微软后成为100多项专利的第一发明者,被誉为美国高科技行业25位最具创新人才之一。酷产品Kinect是微软在2009年6月2日E3大展上发布的Xbox 360的体感外
12、设,2010年6月14日更现名,11月4日在北美正式发售。它是一种3D体感摄影机,可即时动态捕捉、影像辨识、语音辨识、社群互动。2013年5月28日的XboxOne发布会上,微软展示了第二代Kinect,11月22日正式发售,捆绑销售。-102-微软HOLOLENSHololens借用了Kinect的核心技术,准确说应该是头戴版Kinect+微投影。Kinect一代是基于测量红外光斑来进行深度检测,Kinect二代是基于time-of-flight技术。一代采用的是以色列PrimeSense的三维测量技术,该公司后来被苹果收购,而二代采用的ToF技术是09年微软收购的以色列公司3DV的,微软之
13、所以没有在一代产品中采用3DV的技术,主要是3DV的感光芯片要测量光飞行时间,须做到飞秒级的快门,据说他们在芯片中用到砷化镓,使其时钟频率提高到上百G,但这样做成本太高。两代Kinect都是两个传感器,一个是红外传感器,主要用来监视人体的动作、深度和温度,另一个则是用来识别颜色的RGB摄像头,两代都有人脸检测,3维重建等功能。Kinect一代,彩色摄像头为640*480,深度摄像头为320*240,只能识别两个人的骨骼数据;K二代,彩色为1080P,深度摄像头为512*424,能识别六个人的骨骼、手指的灵活运动,甚至能监控用户的脉搏,识别稳定精度更高。一代二代微软HOLOLENSKinect上
14、市之初微软5亿美元营销,邀请美国脱口秀女王Oprah Winfrey在节目中说“You are the controller”标语,赢巨大关注。消费者可以150美元单买Kinect1,或以299美元同时购买Xbox 360和Kinect1,销售一度良好。但是,Kinect叫好不叫座,2015年停产!Xbox One上市后与Kinect2捆绑499美元销售,问题是一直配套游戏多属家庭娱乐与健身,并且体感游戏对客厅空间有要求,缺重型游戏。难敌399美元的索尼PS4,销售比拉开到1:3,微软只得于2014年6月9日放开捆绑销售,可以399美元购买Xbox One,主机销售虽稍稍追回,因为价钱低了,且
15、没有了Kinect的资源占用,图像性能提升了10%,而Kinect则慢慢滑向深渊。微软为了扩大应用,还曾于2012年2月推出第一代Kinect for Windows,售价为249美元,2014年7月推出第二代Kinect forWindows,售价为199美元,不过,最后到2015年4月初宣布停产。Kinect家族累计卖出2900万部。Kinect团队转战Hololens,是新生,还是会重蹈覆辙?-103-104-微软HOLOLENSHoloLens是一款基于深度摄像头,高性能处理器和双屏幕显示的头戴式计算机设备,可以独立使用,支持WiFi和蓝牙,内置CPU、GPU和一颗首创的HPU全息处理
16、器,具备立体音效系统以及一整套传感器实现各种功能。不过Hololens不像Google Glass那样在室外用,而是设定为室内用,避免了Google Glass的隐私争议,我们认为一是室内光线较暗、利于其展现,二是Hololens室内预建模的需要。图片来源:Imgur,作者不详微软HOLOLENSHoloLens原理如下图:微软凭借积累深厚的Kinect深度摄像头技术,以及基于SLAM(实时定位与地图构建)技术打造的Kinect Fushion 3D建模技术,从原型机试用报告看,3D渲染达到720P画质、刷新无延迟、定位精准。再下图,感觉Hololens在识别方面用的还是Kinect1的光编码
17、技术,如果能用上Kinect2的ToF技术,产品就可以用于户外,但是,成本!功耗!资料来源:聂崇岭,36氪;徐浩,知乎-105-106-微软HOLOLENS全息波导呈像原理,国内也有论文研究(http:/ x 120度,投影也是全视野。不过,5月Build大会开放体验的开发者版反而trade off成40度的视窗,就像在两英尺外观看15英寸的显示屏,被舆论一顿痛扁!公司称,因为制造全息投影所需要的玻璃十分复杂,视野越宽、玻璃越大,废品率会提升不少,成本显著提高,另外电量也跟不上。该窄版在一般情况下续航最高可达5.5小时,但重度玩家可能撑不到2.5小时。微软HOLOLENSHololens开发者
18、套件于2016年2月29日开始预订,并于3月30日旧金山Build开发者大会正式推出,售价3000美元。套件包括开发工具及HoloStudio、Skype、HoloTour等软件,配套新游戏也被曝光,其中包括Fragments、YoungConker、RoboRaid三款游戏。Fragments犯罪游戏,玩家在起居室中调查案件并询问游戏角色;Young Conker将松鼠带到玩家房间;RoboRaid第一视角射击游戏,消灭墙面上出现的入侵外星人。购买者还将获得数百款Windows商店UWP应用,UWP通用应用平台,一次编译、可在各类微软系终端运行。参数:显示屏:透明全息透镜;2xHD 16:9
19、光学引擎;自动校准瞳孔距离;2.3全光点全息分辨率;2.5K流明全息密度。内存:2GB;存储:64GB;重量:579g;相机:200万像素照片,720P视频;电池:2-3小时活跃使用电池寿命,2周待机时间,被动冷却;OS:Win10。-109-110-微软HOLOLENSHololens到底有什么用?有人说有了Hololens就不用买电视了,甚至开玩笑说家里也不用装修了,只要一张沙发床就能入住。目前Hololens的问题包括价格昂贵、室内使用、视野窄。3000美元价格使得只能限于2B业务,如果要2C的话,价格要砍剩一成才合适。我们认为AR的价格应低于VR,AR不适合像VR一样玩重型游戏,在家中
20、真实环境下打怪、日久会形成精神障碍,AR的作用更多的就是对现实的增强,而非对现实的虚幻。这样AR可以降低性能要求、降低成本与价格。尽量应做到室外使用,室外对AR有刚需,实时3D建模对室外非2B项目非必需可简化,并可根据外部光线强弱自动调节亮度。窄视场、沉浸感差的问题可以将就,把它当做双目版GoogleGlass就好了,至少不会有“GG眼”(右图)。耗电量:计算视觉、SLAM,以及反向3D建模,都很耗费计算量,需要简化。总之我们认为,目前可以将就Hololens的窄视场版本,但价格最好在300美元以内。宽视场版本要出来估计没有三年、五年不行,电池、镜片材料并不遵循摩尔定律。-111-Google
21、 Glass可能之反击当然,谷歌也不是吃素的,谷歌3D建模神器Project Tango2014年2月从GoogleX毕业,谷歌还成功为该项目研发出一款Android手机原型机,配备了一系列摄像头、传感器和芯片,它能在你走动时,自动扫描四周绘制出周围世界的 3D 模型,每秒进行1500万次3D测量。项目其实是摩托罗拉移动此前的研发团队负责,项目负责人Jonny Lee曾在微软的 Kinect 项目工作,2011年加入Google。谷歌也是内嵌Kinect使用的PrimeSense深度处理芯片,矢量处理器使用硅谷创业公司Movidius的芯片,后者已经发布了核数量从8个增加到12个的“Myria
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