淺析 XR 的幾大應用場景
Labs 導讀
前兩期我們分析了XR的概念，XR關鍵技術了解到XR實際是一個概括性術語，囊括了增強現實(AR)，虛擬現實(VR)，混合現實(MR)以及介于它們之間的所有內容。這一期我們就XR的應用場景展開討論。
XR業務形態豐富，產業潛力大、社會效益強，以虛擬現實為代表的新一輪科技和產業革命蓄勢待發，虛擬經濟與實體經濟的結合，將給人們的生產方式和生活方式帶來革命性變化。XR應用可分為行業應用和大眾應用，行業應用主要包括工業、醫療、教育、軍事、電子商務等，大眾應用包括游戲、社交、影視、直播等。XR應用正在加速向生產與生活領域滲透，“VR/AR/MR”的時代已開啟，據高盛公司預測 2025 年全球虛擬現實軟件應用規模將達到 450億美元。
1、工業、軍事方面
虛擬/增強現實成為在智能制造領域的發展重點。在《中國制造2025》重點領域技術路線圖重大政策文件中，虛擬現實被列為智能制造核心信息設備領域的關鍵技術之一，通過智能制造各個環節的信息獲取、實時通信，以實現動態交互、智能決策分析和智能控制。
以汽車產業為例，虛擬、增強現實在需求分析、總體設計、工藝設計、生產制造、測試實驗、使用維護等環節的應用，實現了汽車設計制造測試的一體化。汽車廠商憑借虛擬/增強現實可視化、可交互的技術特點，在與真實汽車同比例的虛擬空間中，動態調整設計細節與總體原型，同時進行各類路試、碰撞、風洞測試，通過虛擬設計、生產模擬、工藝分析與虛擬試驗，大幅縮短了新車研發周期，降低了研發成本。目前，美國車聯網與自動駕駛試驗基地MCity計劃通過虛擬現實方式將虛擬試驗中的信息發送給真實場景下的車輛決策控制系統，以進行不同交通情景下的用例測試。此外，奧迪、福特、寶馬、克萊斯勒、豐田、沃爾沃等主流車企積極引入 VR 技術用于汽車研發。奧迪推出了基于VR的虛擬裝配線校驗，使流水線工人在三維虛擬空間內完成對實際產品裝配工作的預估和校準，顯著提升了生產與組裝效率。福特使用VR技術檢查汽車的整個外觀與內飾設計，并查看特定細節，深入優化人體工程學設計。寶馬計劃把VR技術引入汽車研發的早期工作中，在汽車設計環節，身處不同地區的開發設計團隊通過VR實現遠程協作，并針對模擬的試駕場景，幫助工程師快速修正設計草案。
基于工業互聯網/物聯網平臺，虛擬/增強現實成為實現數字孿生(Digital Twins)的核心技術之一。以工業軟件巨頭PTC為例，PTC將其在產品設計、PLM領域積累的核心優勢整合至Thingworx平臺，并推出以數字化映射為基礎的整體框架和整套解決方案。依托 Creo、Windchill、Axeda 等平臺軟件，在虛擬空間中構建出與物理世界完全對等的數字鏡像，成為將產品研發、生產制造、商業推廣三個維度的數據全部匯集的基礎，其虛擬現實解決方案 Vuforia 實現了數據信息與真實物理環境間的互動，成為進行階段性數據驗證、業務流程參考的重要支撐。
在軍事方面，AR的使用也越來越多，據報道美國陸軍于2021年3月31日和微軟簽署了一份價值219億美元的合同。根據這份訂單，微軟主要將在未來十年總共為美軍提供12萬套HoloLens AR增強現實頭盔和相關的技術支持。
這款AR頭盔以微軟Azure的云計算和人工智能為基礎，將圖像通過AR頭盔疊加到佩戴者的現實視野中，提供3D地圖顯示，即時熱成像夜間視野等信息，增強佩戴者的感知能力。這些信息和士兵的視野還可以被共享給其他士兵和長官，輔助士兵在復雜環境中做出更正確的決策。此外，這款AR頭盔還能模擬出敵人的全息影像，可在模擬演練中提供更逼真的作戰環境。美軍很早就開始接觸AR設備，1962年就在美國空軍飛行員的頭盔上裝配了類似車用抬頭顯示的裝備，能將重要信息投射到頭盔玻璃上。并在70年代應用于飛行員對熱成像導彈的追蹤。
2、醫療、教育方面
在醫療健康領域，虛擬/增強現實是傳統醫療手段的有效補充。
首先針對醫生短缺、醫療資源分布不均、診療方式單一等看病難的問題，虛擬/增強現實遠程醫療，臨場感極強的遠程診療的感受，有助于豐富教學和診療手段、降低治療風險、提高設備利用率、平衡醫療資源，為醫患雙方創造便利條件。雖然無法完全取代真實診療過程，但現已作為傳統醫學手段的有效補充。
此外可用于模擬醫學、醫療工具、診療方案方面，主要涉及醫學教育培訓、心理/精神疾病治療、強化臨床診治、醫學康復護理和遠程醫療指導等業務場景。基于虛擬現實的醫學教育培訓便于醫學用戶以更加直觀、高效、安全的方式學習專業知識，實踐專業技能。同時有助于節省醫學教育成本，緩解了解剖醫學解剖樣品供應嚴重短缺，幫助醫學生在虛擬手術臺上反復練習，加快對解剖結構的理解，解決了醫生職業的準入門檻高、需要大量解剖練習掌握實戰技巧等問題。此外，外科醫生可在重大手術前開展模擬和訓練，進而對手術過程中可能出現的問題提前預知。例如Level Ex通過對人體組織動力學、內窺鏡設備光學和運動流體的現實模擬，針對外科手術醫生提供了一種避免對人產生傷害的手術訓練方式。心理/精神類疾病診治中采用虛擬現實療法可免于創建真實治療環境，通過為患者模擬不同的環境場所，提供認知行為刺激或進行暴露療法，刺激病患大腦中相關的感應區，提供了一種治療心理精神類疾病的無藥物方法，且患者可居家治療。例如凡聚科技構建出可誘發心理障礙患者恐懼和焦慮等情緒的虛擬場景，通過暴露療法治療恐高癥、幽閉恐懼癥患者。Relax VR 模擬海灘、海洋、海風、海浪等場景，對用戶進行放松，緩解其壓力、焦慮和抑郁。此外還有臨床診療強化、醫學康復護理等多個場景，在此不再細述。
此外在教育方面應用場景也很多。一方面是培訓類，如前面醫療方面提到過的醫療培訓，還有飛行員、駕駛員，宇航員仿真訓練等。NASA 一直熱衷于嘗試各種 VR 技術。在它的噴氣推進實驗室里，你可以看到各個 VR 廠商最新款甚至是未發行的頭顯設備，包括 Valve、HTC、微軟、索尼、Oculus、三星等。
在學生教育方面也有很多嘗試，如西安某教育機構推出將K12教育中各個學科抽象的知識概念具體化;將宏觀的、微觀的、難點的知識點變得可視化，從而增強學生對知識點的理解，讓學習變得簡單高效，從而為老師減壓，為學生減負。方案包括中小學VR K12學科教育、XR人工智能編程教育、VR校園安全教育等。并設計了VR未來教室，讓孩子突破現實的束縛，迸射創造的火花。
3、游戲、社交方面
虛擬現實/增強現實在游戲方面的應用將成為當前拉動產業發展的重要動力。尤其是VR視頻游戲，為用戶帶來更為真實而強烈的感官刺激，而龐大的用戶基數以及核心玩家對于新技術的開放性態度使得VR游戲成為最先發展起來的 VR大眾市場。AR游戲還在起步階段。基于Valve和Steam的官方數據，Steam平臺頭顯每月的連接數保持上升趨勢，且增長幅度不斷加大。據Steam平臺，2021年2月頭顯連接數量再次創新記錄：280萬臺，此前1月的新記錄為260萬。
受歡迎的VR游戲有射擊類游戲、冒險類游戲、體育類游戲、解密類游戲、養成類、場景體驗。最受歡迎的就是射擊類游戲，如《Beat Saber》，一款VR和音樂結合的游戲，俗稱“光劍”，玩家根據音樂節拍揮舞手中的光劍劈砍節奏方塊，并且閃避障礙。截止到2021年2月售出400萬份，營收超1.8億美元創VR獨占游戲銷量最高紀錄。還有《半條命：艾利克斯》，獲得了媒體和玩家的一致認可，被稱為“真正意義上的VR 3A大作”。
中國VR游戲也在逐漸崛起，由國內團隊Caveman Studio研發的VR游戲《Contractors VR》于2020年12月4日上線Oculus Quest頭顯平臺，上線后該游戲即登陸2020年Steam暢銷VR游戲榜單。據了解，該版本上線1個多月，收入已超100萬美元。國內2021年1月，賽博朋克風+情感懸疑《A.D. 2047》VR原生互動電影式游戲已經發布，標志著中國VR游戲的崛起。游戲以重慶為創作藍本，虛構了一個30年后的賽博朋克科幻世界。通過UE4高逼真的游戲特效，豐富的QTE輕度交互，例如情景對話、射擊、搏斗、解密、裝置藝術等，讓玩家身處其中，推動故事發展。
2021年2月Steam游戲節正式舉辦，超500款游戲將在游戲節展出。其宣傳視頻有很多酷炫的交互和特效。
在社交方面也有很多應用，虛擬現實/增強現實開啟社交網絡 2.0 時代。XR社交突破了傳統社交的空間限制，通過虛擬化身、表情識別等更加精細豐富的交互方式，深化網絡社交體驗。目前 VR 社交代表性產品如 High Fidelity、Facebook等。High Fidelity 產品延續了《Second Life》的理念，旨在打造一個多元化的小型VR虛擬社會，人們可以在里面體驗類似現實生活卻又超于現實的社交體驗;Facebook的VR社交平臺Horizon在2020年8月開放注冊，可以在VR中與朋友一起探索，游玩和創作的社交體驗。
下圖為2021年3月初微軟在IT盛會Ignite 2021上與任天堂合作展示的HoloLens版本《Pokemon Go》。這個版本與此前的移動端版本有所不同，玩家可與寵物小精靈進行直接的互動，而且兩位玩家在現實中相遇，能夠看到彼此的寵物小精靈，來一場寵物小精靈Battle。
微軟的MR云平臺Mesh在這次大會被推出，可以通過其宣傳片展望一下未來的生活。
4、影視、直播方面
虛擬現實/增強成為影視的一種全新表現形式。米開朗琪羅認為在藝術的境界里，細節就是上帝。虛擬現實作為一種全新的表現形式，細節呈現更加豐富。AR特效已經成為電影制作的重要環節，大片中震撼的特效很多都是通過AR技術將虛擬場景或者虛擬物品融入到情節中的。VR影視賦予了觀眾身臨其境的沉浸體驗，一方面表現為對分辨率、刷新率、色深、視場角、3D、低時延等更高畫質的持續追求。另一方面，凸顯出虛擬現實人機交互這一核心特質，影視游戲化趨勢顯現，即觀眾能夠自主選擇觀影視角，甚至影響情節走向，實現“一千個人眼中，有一千個哈姆雷特”的多結局電影。
而直播，VR、AR當前已經成為必要元素。尤其是在晚會/節目直播中大放異彩。VR直播可以讓用戶更自由的角度去觀看表演，如《舞蹈風暴2&時空凝結》8K VR直播，可以體驗在舞臺中央更近距離，更自由的欣賞舞蹈細節。而晚會的AR特效則是非現場用戶的獨享體驗。最近比較火爆的晚會或都少不了吸睛的AR特效。如央視春晚牛起來節目，還有燈火里的中國的場景渲染，都是AR/MR特效的典型應用。
目前國外活動行業依然受到限制，許多人開始尋求新的方式來舉辦活動，而這其中XR技術無疑是最佳的選擇。美國著名歌手、詞曲創作者Bryson Tiller，為了回饋粉絲與The 92 Group合作，在2021年3月18日創造了“Trapsoul Series”系列虛擬直播演唱會，有著非常精美的XR特效。演唱會為觀眾呈現了六個不同元素的世界，其中兩個為現實場景，剩下四個為XR虛擬場景，由Xite Labs打造。
國內也有很多線上大型演唱會，如愛奇藝在2021年3月26日推出的THE9“虛實之城”沉浸式虛擬演唱會，參見下面的視頻，效果媲美好萊塢大片質感的酷炫。
5、黨建、文旅方面
2021年 5月10日，“2021世界沉浸式產業大會”中，圍繞AR/VR、數字經濟、文旅時代等開展的一系列論壇活動以及各大企業進行的展覽展示，數字文旅、VR黨建成重要趨勢。今年是建黨100周年，黨建教育、宣傳相關內容被各行各業的企業納入計劃，VR行業也不例外。
相比于單一提供VR硬件，這些VR內容解決方案商并非純粹做內容，而是連著系統、設備組合成套提供，設備也并非單一的VR設備，互動屏、沙盤等等都能供客戶自由選擇。
旅游業也迎來新的契機，2020年11月30日，文化和旅游部、國家發展改革委等十部門30日聯合印發《關于深化“互聯網+旅游”推動旅游業高質量發展的意見》，提出優化“互聯網+旅游”營商環境，以數字賦能推進旅游業高質量發展。今年3月，發改委、文旅部等28個部門聯合印發《加快培育新型消費實施方案》也再次提及相關內容。推動無人化、非接觸式設施的普及應用，并鼓勵引導云旅游、云演藝、云娛樂、云直播、云展覽等新業態發展。首先就是VR云旅游，可以將其理解為實景地圖，主要起導覽的作用，谷歌地圖便是當中最典型的代表。
此外AR走進博物館，讓文物古跡“活起來”!在國內外有很多這種應用案例。如華為的河圖為敦煌量身制作了感知影像，通過華為手機+華為河圖APP，在敦煌透過手機屏幕可以看到鮮活的歷史人物和場景。
此外還有很多領域，如生活輔助、地圖等很多場景有對應的應用。
以上是XR應用場景的討論，僅供拋磚引玉之用，后續周刊中會對XR的產業情況以及未來趨勢繼續討論。
參考文獻
[1] AR陀螺月刊及年度分析報告及新聞資訊.
[2] 信通院《虛擬(增強)現實白皮書》.
[3] 知乎逐鹿VR專欄.
[4] 影像騎士公眾號XR云演藝的相關報道.
[5] 微軟官網相關文檔.
[6] cloud VR+產品白皮書.
【本文為51CTO專欄作者“移動Labs”原創稿件，轉載請聯系原作者】
