VR三维虚拟现实和AR增强现实技术是不是成为下一个计算机平台

VR三维虚拟现实和AR增强现实技术是不是成为下一个计算机平台
2022年01月15日 11:14 IT北京小生

北京四度科技说:AR技术可以根据现场情况通过算法得出运行最快、步骤最少的解决方案。以菜鸟物流为例,拣货员从快递箱中取出需要配货的订单,运用AR眼镜扫描订单上的二维码,就从眼镜镜片屏幕中看到了该订单包含的详细商品信息。然后拣货员精确地从面前货架上取货、确认、放入快递箱。货品的摆放也经过了智能算法的优化,以保证拣货员在最短的时间内完成一个订单的货品分拣。在这里,一个订单货品的分拣仅需要三分钟左右,大大节省了时间,而且AR眼镜还能瞬间采集所看到的信息,远远超过以往速度。

北京四度科技说:企业难免会出现各种故障,而对企业来说一分钟的停滞就可能造成成千上万元的损失。对于拥有外勤人员的企业,更是存在信息交换不到位、出现故障无法及时解决等问题。虚拟现实技术能够缩短问题诊断与修复的时间,远端据点。现场任意员工皆可通过AR眼镜与远端专家通过视频协作完成任务,拥有极高的时效性并省下专家飞往现场提供协助的开销。远端现场的员工可由通信与即时视频分享让有经验的员工提供问题诊断及修复的建议。问题瞬间解决的同时还提高了准确性。信息产业是我国国民经济的基础性、战略性、先导性产业,对我国经济结构调整具有重要的示范意义,是稳增长、促改革的主战场。我国是全球领先的信息产业大国,以虚拟现实等产品为代表的一批市场反响好、用户体验佳的创新性产品推动了供给侧改革。

四度科技的3D虚拟现实技术是指借助计算机系统及传感器技术生成三维环境,创造出一种崭新的人机交互方式,通过调动用户各种感官(视觉、听觉、触觉、嗅觉等)来享受更加真实的、身临其境的体验。在产业界,虚拟现实(VR,增强现实(AR,混合现实(MR,MixedReality)。虚拟现实技术是一种计算机仿真系统。通过对三维世界的模拟创造出一种崭新的交互系统。它利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为系统仿真,并使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术属于前沿技术中信息技术部分三大技术之一。重点研究电子学、心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统和多媒体技术等多学科融合的技术,研究医学、、艺术与教育、及工业制造管理等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。

目前虚拟现实行业仍处于起步阶段,供应链及配套还不成熟,但是发展前景引人想象,预计未来市场潜力巨大。虚拟现实产业快速健康发展需要标准和规范引导,目前标准严重缺失,整个产业链发展就像带着锁链在跳舞,这个锁链就是不适合虚拟现实的一些现有标准和规范,因为虚拟现实的一些技术要求超出了原有的一些配套行业的技术要求。虽然国际上虚拟现实的技术和产品呈一片如火如荼的繁荣景象,但虚拟现实存在内容短板:虚拟现实内容稀缺、制作成本过高,内容呈现方式多样,虚拟现实内容没有统一标准,各类虚拟现实设备之间还无法实现互联互通,成为制约虚拟现实大规模产业应用的关键因素;同时虚拟现实内容数据量庞大,给实时网络传输带来新挑战。在虚拟现实终端设备方面。

我国不管是增强现实、虚拟现实或是混合现实,虽然专注于此领域的公司有近百家,但多数团队都是技术型的创业团队,对行业的商业模式和应用方案并没有成型的思考,产品化能力捉襟见肘。虚拟现实基于动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等多项核心技术,主要围绕虚拟环境表示的准确性、虚拟环境感知信息合成的真实性、人与虚拟环境交互的自然性、实时显示、图形生成、智能技术等问题的解决使得用户能够身临其境地感知虚拟环境,从而达到探索、认识客观事物的目的。虚拟现实具有以下三个重要特征,虚拟现实技术的应用,为人类认识世界提供了一种全新的方法和手段,可以使人类跨越时间与空间。

去经历和体验世界上早已发生或尚未发生的;可以使人类突破生理上的限制,进入宏观或微观世界进行研究和探索;也可以模拟因条件限制等原因而难以实现的事情。沉浸性来源于对虚拟世界的多感知性,除了常见的视觉感知外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、味觉感知、嗅觉感知等。虚拟现实系统应该具备人在现实世界中具有的所有感知功能,但鉴于目前技术的局限性,在现在的虚拟现实系统的研究与应用中,较为成熟或相对成熟的主要是视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸技术,而有关味觉与嗅觉的感知技术正在研究之中,目前还很不成熟。虚拟和现实交互性的产生,主要借助于虚拟现实系统中的特殊硬件设备(如数据手套、力反馈装置等),使用户能通过自然的方式。

仿真软件与自动化的互联与集成正在用仿真技术客户提供更高效的设计分析,并且,这些技术已经融合了大量的传感技术、VR虚拟现实技术、Web技术,智能制造使得这些技术必须与自动化进行衔接,直接生成的制造参数将会发布给执行系统,《智能制造》(SmartManufacturing),就智能制造的内涵与前景进行了系统描述,将智能制造定义为“通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器人控制来对制造技工们的技能与专家知识进行建模,以使智能机器能够在没有人工干预的情况下进行小批量生产”。智能制造是将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与先进自动化技术、传感技术、控制技术、数字制造技术结合,实现工厂和企业内部、企业之间和产品全生命周期的实时管理和优化的新型制造系统。

(1)是数据的实时感知。智能制造需要大量的数据支持,通过利用高效、标准的方法实时进行信息采集、自动识别,(2)优化决策。通过面向产品全生命周期的海量异构信息的挖掘提炼、计算分析、推理预测,形成优化制造过程的决策指令。(3)动态执行。根据决策指令,通过执行系统控制制造过程的状态,实现稳定、安全的运行和动态调整。智能产品是发展智能制造的基础与前提,由物理部件、智能部件和联接部件构成。智能产品具有监测、控制、优化和自主等四个方面的功能。联接部件由接口、有线或无线联接协议等构成;物理部件由机械和电子零件构成。使信息可以在产品、运行系统、制造商和用户之间联通。监测是指通过传感器和外部数据源,智能产品能对产品的状态、运行和外部环境进行全面监测;在数据的帮助下。

一旦环境和运行状态发生变化,产品就会向用户或相关方发出警告。控制是指可以通过产品内置或产品云中的命令和算法进行远程控制。优化是系统里植入数据的各种算法,从而大幅提高产品的利用率和生产效率;自主是指将检测,控制和优化功能融合到一起,产品就能实现前所未有的自动化程度。智能生产是指以智能制造系统为核心,以智能工厂为载体,通过在工厂和企业内部、企业之间以及产品全生命周期形成以数据互联互通为特征的制造网络,实现生产过程的实时管理和优化。智能生产涵盖产品、工艺设计、工厂规划的数字设计与仿真,底层智能装备、制造单元、自动化生产线,制造执行系统,物流自动化与管理等企业管理系统等。通过采集设备运行数据,并上传至企业数据中心(企业云)。

系统软件对设备实时在线监测、控制,并经过数据分析提早进行设备维护。例如;电力开关终端智能装备在控制箱内,安装了传感器、存储器、处理器以及SCADA系统,实现对电网运行的实时监控。如果我们列个表,把2016年的黑科技全放上来,虚拟现实(VR)一定能排在前三位。浙江省今年的高考作文题目甚至就是《虚拟与现实》,VR这个极客词汇似乎已经进入寻常百姓家。然而,虽然中国VR市场热度持续高涨,但在技术和产品内容上都还存在很大的缺陷。机构投资人也是观望的居多,真正出手的很少。VR的市场教育和渠道体系还比较初级,听说过VR的人很多,见过的很少,体验过的人就更少了。那么虚拟现实行业的发展现状和未来趋势到底如何?它对于数字化工厂未来工业的发展又会有哪些影响呢?

值得我们对此一探究竟。VR(虚拟现实)、AR(增强现实)、MR(混合现实)都属于把虚拟世界直接凝实为人类感知的技术。VR(虚拟现实)是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。而AR(增强现实)则是通过电脑技术,将虚拟的信息应用到真实世界,真实环境和虚拟物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。你能在一个空间里面切切实实地见到虚拟的物品,甚至虚拟的人。至于MR(混合现实技术),它既增强现实,也增强虚拟,指的是合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境。在新的可视化环境里物理和数字对象共存并实时互动。

也有很多业内人士认为这两种技术的概念是一致的。的细微区别在于,在AR的视界中,出现的虚拟场景通常都是一些二维平面信息,这些信息甚至可能和我们目前看到的事物无关,功能只是在不影响我们正常视线的情况下起到提示的作用,所以这些信息会固定在那里,无论我们看哪个方向,该信息都会显示在我们视野中某个固定的位置上。而MR则是将虚拟场景和现实融合在一起,只有我们看向那个方向的时候,才会看到这些虚拟场景,看向其它方向的时候就会有其它的相应信息显示出来,而且这些信息和背景的融合性更强。简单来说,虚拟信息如果跟随视线移动就是AR,如果相对于真实物品固定就是MR。其实虚拟现实并不是什么全新的技术,它的第一个原型设备出现于1968年。

抢占VR市场,中国企业也紧随其后,在众多产业资本的追捧下,国内VR产业的热度已仅次于美国。VR的硬件和内容创业公司层出不穷。2016年1月21日暴风魔镜宣布2.3亿元B轮,完成后估值已达14.3亿元,成为国内目前估值最高的VR公司。VR产业分为4大部分,分别是硬件设备、内容制作、分发平台以及应用开发。目前从国内的VR创业公司来看,变现渠道主要集中在销售VR设备上,部分拥有行业资源的公司采用应用开发变现,比如、培训等。而C(内容制作)端的内容制作和分发平台目前还处于起步阶段,有的仅仅是一些线下游戏体验店,还没有形成完整的产业和良性的价值流动。VR硬件设备主要包含输入、输出设备,以及软件三个部分。输入设备主要是键盘、手柄、动作捕捉器等这一类将人体动作转换为虚拟信号的设备。

比如企业培训、商业建筑、旅游服务、虚拟工厂等等,这是一块非常广阔的市场,具有一定的深耕价值。虚拟现实技术虽然在消费品市场比较火热,但在我看来,这项技术在数字化工厂的应用前景会更加广阔,制造业的成本高是多方面的,而且不同的行业问题也不一样,但是有一点在中国当前是比较普遍的,就是用工成本的上升。一方面工人的工资水平在提高,另外一方面,由于新生代的权利意识觉醒,跳槽变得越来越频繁,很多工厂每年要有很高比例的老工人离职,新工人上岗。而以往新工人上岗之前,需要进行几个月的实习和技术培训,才能成为一个熟练工,即使是一个熟练工,其成本在近几年是呈几何级上升的,虚拟现实技术将成为这个问题的重要解决方案。使用VR和AR技术。

可以在眼睛屏幕上直接显示操作指令与说明图片,随时查询和执行作业。虚拟现实技术与数字化工厂结合之后,一个新人也能随时调用每台设备的参数和互动式的操作手册,这会大大减少工厂内专家型工人的雇佣,降低劳动成本。北京四度科技在数字化工厂应用了虚拟现实技术之后,企业培训的目标不再是让工人掌握某种技能,而是如何使用这些高效的数字化工具,如何有效地进行人机互动。这个门槛远比设备操作要低得多,而且随着VR技术的发展,交互性会越来越友好,学习成本也会越来越低。效率问题可以举个例子说明。我们打出租车的时候,在没有建立起北京市的虚拟城市地图之前,我们需要有经验的司机,因为我们需要问路,需要预测什么时间到,遇到堵车需要借助运气和司机的经验。

而当建立了一个虚拟的城市模型以后,在虚拟地图上可以设置起点和终点,可以对路线进行优化以选择最优路径,虚拟的导航地图可以和真实的行车数据进行互动,可以实时纠偏,而且多次往返以后地图数据会反馈回一个优化的线路。虚拟模型和真实模型形成双向数据流,不断地迭代、优化,实现最优的生产模型。这就是我们所说的集成虚拟世界和现实世界,把虚实结合在一起,实现生产效率的提高。AR技术可以根据现场情况通过算法得出运行最快、步骤最少的解决方案。以菜鸟物流为例,拣货员从快递箱中取出需要配货的订单,运用AR眼镜扫描订单上的二维码,就从眼镜镜片屏幕中看到了该订单包含的详细商品信息。然后拣货员精确地从面前货架上取货、确认、放入快递箱。

货品的摆放也经过了智能算法的优化,以保证拣货员在最短的时间内完成一个订单的货品分拣。在这里,一个订单货品的分拣仅需要三分钟左右,大大节省了时间,而且AR眼镜还能瞬间采集所看到的信息,远远超过以往速度。企业难免会出现各种故障,而对企业来说一分钟的停滞就可能造成成千上万元的损失。对于拥有外勤人员的企业,更是存在信息交换不到位、出现故障无法及时解决等问题。虚拟现实技术能够缩短问题诊断与修复的时间,远端据点。现场任意员工皆可通过AR眼镜与远端专家通过视频协作完成任务,拥有极高的时效性并省下专家飞往现场提供协助的开销。远端现场的员工可由通信与即时视频分享让有经验的员工提供问题诊断及修复的建议。问题瞬间解决的同时还提高了准确性。

在传统的数字化技术中,计算机系统仅仅是给人类提供协助,人类仍然需要自己操控系统。而新时代的人机交互则需要颠覆性的方法,我们可以把它命名为“虚拟工程”,虚拟现实技术只是虚拟工程的工具。虚拟工程提供了一个完整的系统视图,让开发者、供应商、制造商和用户能够以同样的方式来虚拟使用那些尚不存在的物品,并根据其特性和功能做出全面的评估。计算机是计算技术时代的基础设施,而虚拟现实就是虚拟工程时代的基础设施,是下一代计算平台。它价值在于,从此人类不用再去学习如何更好地使用机器,而是机器反过来学习如何更好地服务于人。我们可以从几个例子获得一些认识。西门子在波音和卡特彼勒一直有一个叫“Cave”的项目,它是一个混合虚拟和现实物理环境的服务。

从产品的初始开发就基于虚拟环境来进行,而后在产品生命周期中建立虚拟实物模型,在生产过程中进行交互式的灵活性评估,最后再研究客户对于不同型号产品的情感反馈以及在沉浸环境中创建学习的新形式。在Cave制造的环境里,现实物体的图像和物理设置会被投影到真实的墙壁上,使用者通过佩戴传感器可以体验墙上图像形成的虚拟环境。Cave的基本配置有:三面投影墙;地面投影地板;墙壁跟踪传感器;利用三面墙壁形成立体音响。三面墙壁和地面投影加强3D环境感和立体音效,Cave墙壁上有跟踪传感器捕捉使用者在房间内的动作,专用的眼镜根据捕捉到的动作形成图像。戴上眼镜,你就感觉进入了“墙内的世界”。但是从这个配置你可以看出,Cave的造价是非常高的。

通过语音调用计算机生成的提示信息,指导工人轻松地完成lm×6m板上的高密度布线工作。空客公司利用Arvikx系统进行了“干净水系统的转配”和“配电盘连接”的工作,充分展现了AR技术在工业装配、维修方面的巨大潜力。当虚拟现实技术应用到汽车的工业设计和生产当中,设计者可以借助虚拟现实头盔显示,在与真实汽车同样比例的立体空间中,全方位了解每一处设计细节,上避免设计和生产失误,减少人力成本和资源浪费。自2000年以来,福特就开始在汽车设计过程中以多种方式利用虚拟现实技术。福特的ImmersionLab实验室中一些员工戴上虚拟现实头盔,并模拟观察一辆汽车,而他们的同事将可以通过大屏幕查看他们的体验,并且在多种不同条件下以虚拟方式去查看汽车。

提升驾驶者的人体工程学体验等。最近,奥迪推出了一项名为“虚拟装配线校检”的技术,利用3D投射和手势控制,可以使流水线工人在三维虚拟空间内完成对实际产品装配工作的预估和校准。整个测试过程是在名为“CE”的虚拟现实空间中完成的,而CE系统最关键的则是利用投影仪向地板、墙壁投射3D影像的装置,使用者佩戴3D眼镜进入后,便可有身临其境的感觉。近年来,在汽车行业,AR智能设备更是呈现普及趋势。2015年感恩节的时候,大众汽车就给员工配备了30几副AR智能眼镜,来辅助员工工作。该款AR智能眼镜可直接为佩带者提供相应的信息并且显示在可视区域,使得工人再也不用怕记不住、分不清各类繁琐信息而手忙脚乱了;其声控功能实现了真正意义上的解放双手;

并可进行条形码扫描,还提供了条形码验证的红、绿信号提示。AR技术还以其独特的魅力,给工业设备维修领域带来无限惊喜。面向工业设备维修的AR智能眼镜,可通过AR技术显示解决设备故障的具体操作步骤,甚至细到准确说明如何拆卸零部件。同时,通过内置耳机,维修人员能听到每一个操作步骤的语音提示。因此,即使是没有任何经验的新手,也能顺利完成维修任务,还能保证整个维修过程的标准化和规范化。并且,AR技术与数据分析相结合,可以轻松判断哪些设备运转正常,实现预防性的设备维护。从人类发明数学开始,物理世界的虚拟化趋势已经持续了数千年,计算机IT技术的发展促进了虚拟化后的数据流动趋势,而数字世界在物理世界的重新凝实,将成为第四次工业的关键环节。

虚拟现实技术也将在这个领域发挥非常关键的作用。在未来的数字化时代里,虚拟现实很可能不仅仅是一个极客的玩物,而是继PC机、手机之后的下一代计算平台,它的人机交互性能将把整个人类科技的发展带上一个新的阶梯。至于VR技术的发展路径,我在过去的一年里见过500多位工业领域的创业者,他们也许是这个世界上最聪明的一群人,无时无刻不在思考当下的技术瓶颈和市场空白,他们把自己的思考变成一个个创业项目,在市场中实践。虽然VR技术的未来依然需要很多的努力,但也许正是这种目前看不清甚至可能被人看不起的地方,才是未来的机会,才会让市场如此兴奋。发展智能制造的核心是提高企业生产效率,拓展企业价值增值空间,主要表现在以下几个方面:一是缩短产品的研制周期。

通过智能制造,产品从研发到上市、从下订单到配送时间可以得以缩短。通过远程监控和预测性维护为机器和工厂减少高昂的停机时间,生产中断时间也得以不断减少。二是提高生产的灵活性。通过采用数字化、互联和虚拟工艺规划,智能制造开启了大规模批量定制生产乃至个性化小批量生产的大门。三是创造新价值。通过发展智能制造,企业将实现从传统的“以产品为中心”向“以集成服务为中心”转变,将重心放在解决方案和系统层面上,利用服务在整个产品生命周期中实现新价值。数字化智能制造也常被称为数字化工厂是指以产品全生命周期的相关数据为基础,在计算机虚拟环境中,对整个生产过程进行仿真、评估和优化,并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。

也是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物。作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁,它的出现给基础制造业注入了新的活力。建设自动化、智能化、信息化、高效化的数字化工厂,俨然成为全球制造业未来的新一轮发展目标。在传统的数字化技术中,计算机系统仅仅是给人类提供协助,人类仍然需要自己操控系统。而新时代的人机交互则需要颠覆性的方法,我们可以把它命名为“虚拟工程”,虚拟现实技术只是虚拟工程的工具。虚拟工程提供了一个完整的系统视图,让开发者、供应商、制造商和用户能够以同样的方式来虚拟使用那些尚不存在的物品,并根据其特性和功能做出全面的评估。计算机是计算技术时代的基础设施,而虚拟现实就是虚拟工程时代的基础设施。

AR/VR技术(元宇宙)才是是下一代计算平台。

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