AR/VR 行业重回春天

  2017年过半,回顾科技圈这六个月的大小事,一定会理出一条 AR 趋热的线。就近来说:

  ● 2017 年4月 Facebook 年度开发者大会 F8 的第一天,扎克·伯格就按耐不住发布了 AR 平台——Camera Effects,他还断言,AR 将成为下一代计算平台。

  ● 5月,一份 AR 眼镜的专利说明书曝光了 Snapchat 的野心。

  ● 6月,苹果在自家的 WWDC 上正式出手,不仅宣布与 Valve 合作,还公布了首台 VR Ready 的全新 iMac Pro,并针对 iOS 11 推出 ARKit 。

  无论是 Facebook、苹果还是激增的资本市场,都说明了AR行业重回春天这个现状。事实胜于雄辩,让我们看看AR如何拨开云雾见云天。

  索尼全新测距传感器加持

  随着 AR、VR 概念的普及,手机上也开始出现「立体视觉」功能。由此,「深度摄像头」也出现得越来越多。作为行业摄像头 CMOS 的排头兵,索尼在这方面的动作自然不会落后。

  6 月 5 日,索尼在日本东京的「2017年超大规模集成电路技术和电路研讨会」上宣布已开发出 10 微米像素间距的背照式飞行时间(下称ToF)测距传感器,目前为业内最小像素间距。

  「飞行时间(Time of Flight)」技术是目前感知 3D 空间最简单的方法。这种技术的原理是,传感器发出经调制的近红外光,遇物体后反射,随后传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差来换算被拍摄景物的距离,以产生深度信息;然后再结合传统的相机拍摄,从而将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。此前被联想和 Google 寄予厚望的 Project Tango 手机使用的便是 ToF 技术。

  ToF 测距传感器的每个像素都参与测距,从而获得高精度的深度图。通过保证反射的光被有效接收,同时测距所要求的处理程序得以高帧率执行,精度得到进一步提升。此外,通过有效地收集和处理反射光也降低了能耗,更有效、更少的光源即可实现测距。

  应用于索尼新品的 ToF 技术的关键在于 Softkinetic(2015 年被索尼收购)专有的电流辅助光电子解调器(下称CAPD),其采用独有的像素结构,借助像素中的漂移电流进行高速调制,能以更佳的精度检测光信号。这项技术提升了每个像素层面的距离测量精度,因此实现了更准确的测量结果和远距离的深度图采集。

  索尼将 CAPD 和自身的背照式 CMOS 影像传感技术相结合,用于开发新的背照式 ToF 测距传感器。其特点是像素间距为 10 微米,目前业内最小。

  新的传感器利用背照式像素结构的优势,可将电路置于光电检测器之下。通过最优化 CAPD 的像素结构和电路,本款索尼新品展现出更出色的光收集效率并且能进行高速距离测量处理。这项设计能提供和传统方法相同的测量精度,但是测量距离可增加到 1.5 倍远。光收集效率的提高使弱光源的使用成为可能,也降低了能耗,使 ToF 镜头模组更加紧凑小巧。

  新的传感器是 DepthSense 产品阵容的一部分,使手势、物体识别及障碍检测这些功能得以实现。通过紧凑的机身,以较低的能耗提供高精度的深度传感表现,新的传感器将会帮助扩展 ToF 影像传感器的应用范围。

  新技术的强大支持下,就看市场应用的效果了,最近AR比较火的地方主要是AR教育,它又将在教育领域掀起怎样一股浪潮呢?

  你真的明白AR教育么?

  一堂地理课上,全体师生戴上了一幅AR眼镜。忽然之间,大家突然置身于浩瀚无垠的宇宙之中,看着壮观的星际奇观。老师把3D的太阳拉近放大,给学生们讲述太阳的诞生。然后老师带学生们一起来到月球,大家可以看到四周的月球情况,仿佛真的置身其中,脚底的月球土地非常逼真。现场突然发出“哇”的惊叫声,原来宇航员杨利伟通过AR社交软件在教室里出现了,向学生们讲述宇航员在太空中的亲自经历和各种细节。

  AR教育,就是将AR(增强现实)技术应用于教育领域所产生的新型教育形式和内容。AR教育的本质依然是教育,不过因为和AR结合,就有了很多新的特性和新的教学方式、学习方式。

  AR对于教育行业的巨大意义

  虽然AR技术并不是全新的,不过AR在教育领域的应用才刚开始。AR技术特别适合教育,因为它很好的匹配了情景教学和建构主义教育思想。AR教育是基于学习者的,AR技术可以让学习者自主探索各种有趣的学习材料,并且可以在做实验犯错的情况下也不会有任何严重后果。学习者通过AR技术进入一个和现实高度仿真的环境,可以动态的进行视觉和交互形式学习。有报告认为,AR让学习者可以瞬间从一个场景到另一个场景,这具有重大意义。因为是虚拟和现实交融在一起,AR技术让学习在正式和非正式之间快速切换,也可以在学习和教育中使用移动技术。

  虽然像虚拟人生的这样虚拟世界在教育行业比较流行,AR更可能对于教育产生更为深远的影响。他说,虚拟现实创造了一个完全虚拟的世界,有可能让人不太舒服。AR则相反,人们可以很舒适的进行交互,因为AR把虚拟和现实世界中最好的一面合成在一起。

  谷歌推出AR未来课堂计划

  谷歌宣布计划在2017年秋季推出AR未来课堂计划:“Expeditions AR”,要将AR技术普及到全球的课堂。这个AR未来课堂计划可以让学生们在老师的带领下,在自己的教室里,“实地”考察活火山的喷发、生物的三维DNA/RNA链的氨基酸组成,“去往”博物馆360度仔细欣赏艺术品、或者感受一下“身处”飓风中心是什么体验……微软的AR头盔HoloLens已经和多家教育机构合作,正将AR应用于大学、医学教育培训等教育场景。苹果推出ARkit开发平台,一跃成为最大的AR平台,目测一大波AR内容企业会利用ARkit开发各种AR教育内容。

  三星在2016年6月展开了全国调查,发现教育行业已经开始接受虚拟现实和增强现实学习。调查显示,教师和学生都对增强现实技术应用有非常正面的看法。约68%的受访教师表示,他们愿意使用增强现实在课堂中来教学。超过86%的受访教师称,他们要保持学生对课程材料感兴趣并参与其中非常有挑战。同时,93%的受访教师认为,课程中采用增强现实会让学生非常兴奋。

  AR教育到底有哪些好处呢?

  ● 三维直观的教学内容和教学方式:因为AR呈现的内容全部是3D立体的,非常生动、直观、形象,有助于学生理解和记忆。借助AR技术,学生们的课堂体验从2D跃升到3D,不再是图书或黑板呈现出的平面内容,而是栩栩如生的三维内容。对动物、植物、日常用品等那些原本就是现实中可见的三维物体,学生们不需要再从平面2D形象中脑补3D形象;对于电波、磁场、原子、几何等那些抽象或肉眼不可见的内容,AR可以形象可视化的展示出来,有助于提升认知和理解。

  ● 降低成本:有了AR技术,很多课程所需的实体物料就不需要了。比如,在上人体解剖学时,通过AR可以呈现3D虚拟人体,使用者可以控制操控,观看三维立体图像,老师就不需要带人体模型了。在生物课上,采用AR卡片的讲课方式,生物课中能更直观生动地对生物结构进行了解,可以大大减少生物标本的采购成本。

  ● 互动性和参与性强:当学生们用AR技术去学习的时候,他们不再是死记硬背,而是去体验学习内容,去亲自参与到教学中。在这个过程中,学生们可以联想起之前自己的相关经历,和以前学到的知识建立更深度的联系。AR教育非常符合“学习是一种真实情境的体验”的建构主义学习理论,让学生们亲自用眼看、用耳听、动手做然后自然的开动大脑去想。这就会充分调动学生的学习热情,从“要我学”变成“我要学”。

  ● 减少教学中的风险:化学、物理等学科在教学过程中需要做实验,具有一定的危险性。借助AR技术,完全可以进行虚拟的实验,同时获得同样的效果。这样,教学中的风险就大大降低了。

  ● 促进教育资源平等化:AR可以让不同地区的老师、学生聚集在一个虚拟课堂中上课,并且达到真实、实时的互动。因此,很多北上广深的优质教育资源就能以非常低的成本倾斜到三四线、农村等教育欠发达地区,让偏远的山区小学也能享受到名师的亲自指点。2016年1月15日,国内首次基于AR增强现实技术的远程教育平台实现的远程互动试验教学在北京和海南三亚之间进行。这次AR课程打破地域限制,将千里之外的北京优秀师资力量通过AR技术引进到海南省。

  ● AR增强现实还可以广泛应用于不同层次的医学教育,例如,利用新的训练产品给学生和护士学习新技能,同时也可以监测难以进行的远距离手术。VR虚拟现实和AR增强现实之间的区别在于,虚拟现实里患者是虚拟的,而增强现实中患者和他/她的病情都是真实的,这形成了鲜明的对比。因为通过AR增强现实技术,学生可以很早就开始练习与真实患者的接触,而不是长时间在VR中模拟虚拟情况。

  VR/AR/MR谁的前景看好

  从目前市面上的AR教育类产品来看,很多集中在早教领域,并且比较初级简单,基本处于试水的阶段。很多学生虽然对AR教育产品比较感兴趣,但是新鲜感过去之后很难再重复使用。另外,AR虽然对于学习效果有帮助,但还无法直接帮助学生考高分,这会导致AR只是一个辅助的可有可无的工具,无法成为主流教学形式的一种。从AR教育产品的开发角度来看,AR产品开发成本高,内容很少,使用过程也有一定的学习成本,这些也阻碍了AR在教育领域的普及使用。

  虚拟现实(VR)对教育的潜在益处已经人尽皆知,VR产品也在过去几年中登上了很多杂志头条,一些学校已经在尝试使用VR来作为一种新的教学方法。相对来说,混合现实(MR)和增强现实(AR)在教育界还没有这么出名,但已经在博物馆和建筑等其它领域获得成功。尽管一些人士经常将VR、AR和MR技术打包讨论,但实际上这三种技术于教育中的应用形式,以及前景都存在着明显不同。

  和大多数事物一样,在教育界全面采用这些科技的最大障碍是成本。虽然Google Cardboard和Samsung Gear VR等手机VR产品是取代全套VR设备的好选择,但目前市面上的VR应用仍然相当有限。相比VR而言,MR和AR从理论上可以提供最好的学习体验。Microsoft的HoloLens等MR产品被指在教育界有很大潜力,Microsoft也正在大力宣传该产品在建筑和医药培训中的各种益处。不过目前Microsoft的产品只有两个版本:2179镑的开发者版和4529镑的企业版,高昂的价格仍可能让学校无力购买。

  不过,本人坚定看好AR教育的前景和未来。上述提到的很多问题,都会随着AR技术的快速发展而逐步得到解决。因为AR技术被认为是下一代的计算设备,所以大量资本和创业公司涌入,AR技术会得到飞速发展,体验效果会越来越好,成本会越来越低,同时AR内容也会越来越丰富完善,师生们对AR也越来越熟悉了解,这些都会促进AR教育的飞速发展。

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