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2021年2月22日 星期    返回版面目录

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人在千里之外 宛若身临其境

扩展现实技术将虚拟与现实无缝对接

来源:中国纪检监察报  作者:应研

疫情期间,武汉协和医院医务人员通过混合现实技术观察新冠肺炎患者肺部病变情况。图为医务人员通过手势在空中移动、旋转、缩放图像,看到特殊颜色标注出来的病变部位。陈勇 摄
周杰伦在春节联欢晚会上“云”演唱歌曲《莫吉托》。

(视频截图)

刘德华没去春晚现场?

除夕夜,刘德华通过“云录制”的方式,空降2021年中央广播电视总台春节联欢晚会舞台。一袭红衣,劲歌热舞,一曲红火热闹的《牛起来》,洋溢着浓浓年味儿。

尽管节目已提示“云录制”,但仍有人不敢相信自己的眼睛——站在正在现场表演的关晓彤和王一博中间,和他们默契对视的,不就是刘德华本人吗?

“这个云录制简直绝了,太逼真了,感觉和同台一样!”演出结束,“刘德华云录制毫无违和感”迅速冲上热搜。

有网友直呼:“好厉害!这个舞台让我看见了国家科技的力量!”

今年春晚在舞台效果上充分运用了AI(人工智能)+VR(虚拟现实)裸眼3D演播室技术、“云”科技等。在刘德华的演出中,扩展现实(XR)技术的应用,可谓锦上添花。

扩展现实技术是指通过计算机技术和可穿戴设备等产生的一个真实与虚拟组合的、可人机交互的环境,是虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和混合现实(MR)技术以及其他类似沉浸式技术的融合与统称。当前,随着5G通信、人工智能等相关技术的发展,扩展现实技术有望在更多领域得到更广泛应用,满足人们更多需求。

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亦真亦幻 明星“云”端上春晚

扩展现实技术的魅力,在于其让人难辨虚拟与现实的奇幻感、未来感,还在于其所提供的“欺骗”感官的丰富体验。

春晚创意表演《牛起来》中,扩展现实技术的运用为刘德华演唱场景制造出了极强的空间感。

在榫卯结构的传统建筑上放歌,在礼盒搭建的魔幻空间里劲舞,在年年有“鱼”的陪伴下遨游,和现场演员同台互动……为配合扩展现实技术而营造的四个虚拟建模场景,让刘德华“云”端上春晚,令观众大开眼界。

因疫情防控需要无法来到春晚现场,同样通过“云录制”方式与春晚观众互动的,还有周杰伦。

春晚副总导演夏雨近日在接受媒体采访时称:“《莫吉托》用了现在电影拍摄当中经常会使用到的机械臂来实现节目的拍摄和制作,我们把两台一模一样的设备提前做了编程,让它们所有的运动轨迹是相同的,再分别拍摄,这就实现了真实的人物、真实的道具和真实场景的交互。”

夏雨介绍,以前采用的虚拟成像,要不然在人前,要不然在人后。今年春晚采用的扩展现实技术,让人、像处于同一场景,人在场景中还可以有些运动变化,像在现实中一样。

正是扩展现实技术实现了人物、道具与虚拟场景的交互,周杰伦才能如观众所见,带着乐队,唱着《莫吉托》,开着粉色汽车,上山下海环游世界。

实际上,在此次春晚舞台上大放异彩的扩展现实技术,并非首次在央视节目中亮相。

2020年11月10日,我国“奋斗者”号载人潜水器成功坐底马里亚纳海沟的重要时刻,中央广播电视总台央视新闻频道、央视新闻新媒体通过XR虚拟演播进行了同步科普讲解,用虚拟环境将LED屏幕之外的现实环境实时覆盖,并完成虚拟环境拓展处理,带观众全景体验大洋10909米处的神秘,令观众仿若身临其境。

与早已为人们熟知的虚拟现实、增强现实、混合现实技术相比,扩展现实技术走进大众视野较晚,但眼下已渐渐受到一些追求创新的人们的青睐。越来越多的演唱会、发布会现场,电影拍摄现场以及电视节目等场景,开始尝试运用高科技感以及逼真感的扩展现实技术,探索拍摄制作新方法,追求亦真亦幻、新奇瑰丽、更为丰富多彩的作品效果。

那么,扩展现实技术具体是如何实现虚拟与现实的互动与结合,将云画面的视觉效果提升到一个新的维度,更大程度地拓展人们的想象空间的?

以春晚为例,“云”端演员通过提前录制并经过技术包装的视频参与演出,作为节目不可或缺的组成部分,实现与现场演员的互动。在节目创作过程中,大致需要经过这样几个步骤:导演提前统筹,规划好每一帧画面中演员的走位、动作;提前录制需要技术包装的视频;为表演添加制作虚拟内容,实现“AR化”;将第三步产出的内容和现场演出叠加在一起,形成扩展现实场景。

有业内人士分析,从技术框架上来讲,要实现扩展现实场景,首先需要将虚拟环境传输至现场的LED显示屏,采用物体位置追踪与定位技术对物体进行跟踪拍摄,并将素材传回至实时图形渲染引擎。与此同时,视频服务器用本地化运行逻辑运算进行人物手势分析及图形渲染,输出立体、逼真的AR内容,与拍摄素材交互呈现。最终,呈现在屏幕前的内容就是扩展现实场景。此外,场景的呈现,还需要高速、低时延的强大网络支持。因此,扩展现实场景被认为是基于现实场景与后台炫酷的AR内容进行结合交互而来的。

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扩展现实 催生全新生产生活方式

如何理解和区分虚拟现实、增强现实、混合现实与扩展现实?

据介绍,虚拟现实技术,也称灵境技术或人工环境,是利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界,为用户提供关于视觉、听觉等感官的模拟。人们通过佩戴特殊设计的设备,依靠计算机生成的虚拟环境,将自己与真实的物理世界隔绝开来,沉浸于一个独立时空中。

增强现实技术,是指将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到现实场景中,从而实现对现实的增强。用户能够通过感官直接获取扩展现实的体验,具有极强交互性。足不出户就能满足购物欲的“虚拟试衣”程序以及手机实景行车导航软件等,都是增强现实技术的典型应用。

混合现实技术,是把虚拟数字对象引入现实环境,物理和数字对象共存,并能实时互动。该技术通过在虚拟环境中引入现实场景信息,在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路,以增强用户体验的真实感。在新的可视化环境里物理和数字对象共存,并实时互动。

这一技术应用在医学中,医生戴上混合现实眼镜,患者器官的虚拟全息立体模型就可呈现在面前。医生可通过手势在空中移动、旋转、缩放三维影像,“透视”患者器官结构,从而实现术前影像诊断、手术规划、术中导航和远程医疗等。

简单来说,虚拟现实是完全虚拟的数字环境;增强现实是以现实世界为主,叠加数字环境,能明显区分出真实物体和虚拟物体;混合现实是实现物理世界和虚拟环境的互动和操作,理想状态下,无法区分真实物体和虚拟物体。

虚拟现实、增强现实、混合现实与扩展现实虽然名称不同,但基础支撑技术是相通的。而作为一种综合性的高新技术群,扩展现实技术离不开多种技术的支撑,包括输入技术、处理技术、输出技术和泛在技术。输入技术即对运动、环境做出感应和交互触发的技术;处理技术即输入信息识别、数字内容生成、虚实融合处理等技术,使真实和虚拟空间无缝融合;输出技术即依靠视觉、听觉、触觉、味觉及嗅觉五感反馈的技术,为用户提供情境化的真实感官体验;泛在技术即依靠人工智能、物联网、高速传输网络等技术,保证数据从云端到边缘、再到设备端的传输稳定性。

目前,扩展现实技术的应用不仅常见于文艺演出、影视制作、艺术展览、赛事直播等消费娱乐领域,还逐渐向医疗、教育、工业等垂直领域渗透。

扩展现实,连接虚拟。可以预见,不远的未来,扩展现实技术在各领域的应用将大有可为,将催生带来全新的生产生活方式。

或许你会在虚拟教室,上一堂真人互动课程,做一场模拟实验;或许会进入虚拟世界,随手随心勾勒就能进行直观的设计,成稿随即进入制造系统,生产出真实的产品……将现实与虚拟无缝对接,在虚拟与现实间自如切换,虚拟和真实之间,边界将不再明显。

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XR应用 带来产业发展新机遇

基于人工智能、光场技术、计算机视觉技术等核心技术的发展成熟,硬件设备的革新进步,软件与应用场景的拓展完善,发展曾一度遇阻的扩展现实技术也进入新的发展机遇期,市场规模持续扩大,行业应用也愈加丰富。

其中,在与5G的结合方面,5G+XR不仅带给人们一种全新的生活方式,还带来了产业发展新机遇。

2020年,5G商用起跑的第一年。5G手机用户的扩大,为XR产业发展注入了新活力。中国移动、中国电信、中国联通等国内三大电信运营商纷纷发力布局5G+XR,抢占XR市场先机。

中国移动2018年就已专门成立5G XR工作组,如今更是依托联合创新中心,联合产业伙伴从技术、标准、产品、生态四个方面推动5G云XR产业发展;中国电信携手多家国际运营商,成立全球XR内容电信联盟;中国联通发布“1+2+N”5G XR战略,成立5G XR终端生态联盟,并推出XR内容开发者孵育计划……世界范围内,高通、华为、微软、谷歌、苹果等公司也都在积极布局XR技术。从芯片研发、系统引擎、终端制造、应用开发到平台分发,各方力量的加入与联合,将有力推动XR产业发展。

在企业级应用方面,XR的发展前景同样可观,特别是在工业制造、机械维修、建筑、能源等行业。有分析认为,扩展现实技术的应用,能够从企业的物理资产、生产流程中收集数据,并进行整合分析,帮助企业更好地完成市场预测、设计生产、质量控制、管理维护等工作,实现降本增效。当智能设备、智能生产体系与数字世界实现融合后,可驱动制造企业完成智能化转型。因此可以说,XR技术的应用,对于驱动数字经济发展和传统产业升级具有重要意义。

去年,全球著名信息技术、通信行业和消费科技市场研究机构Strategy Analytics曾发布一份专题研究报告,预测从2021年起XR市场将强劲增长。

面对值得期待的前景,扩展现实技术未来发展还需要应对哪些挑战?

在硬件方面,让可穿戴设备更加舒适,让电池待机时间更长;在系统运行方面,解决高时延问题;保障数据安全,防止使用者信息泄露,防御网络攻击……这些都是要解决的问题。

需要注意的是,即使硬件设备不断完善,内容和应用的缺乏仍然是制约行业发展的一大瓶颈。弥补生态短板、打造产业链至关重要。而这需要更为全面、强大的算力服务支撑,也需要业内更深入思考,什么样的行业、流程、内容能更好地虚拟化,怎样让虚拟与现实的结合与互动更加便捷,更加符合市场的期待和人们的需求。

此外,扩展现实技术的发展,也需要更多的专业人才支撑。对此,国家相关部门已从教育培养、从业标准等方面出台相关政策引导。去年年底,《人工智能从业人员能力要求》《虚拟现实从业人员能力要求》等五项人才培养行业标准启动制定。从业人员能力的整体提升,将为扩展现实等相关产业发展提供有力的人才保障。(应研)

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