第1章　虚拟现实技术概论-1.5AR.VR.MR的应用

1.5VR,AR,MR的应用1.5VR,AR,MR的应用1.5VR,AR,MR的应用VR、AR、MR业务形态丰富，产业潜力大，社会效益强，以VR为代表的新一轮科技和产业革命蓄势待发，虚拟经济与实体经济的结合，将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。VR与各行各业的融合创新应用主要集中在军事演练、工业生产、医疗健康、教育培训、文化娱乐、零售营销等领域，VR正在加速向生产与生活领域渗透，“VR+”时代业已开启。1.军事演练2.工业生产3.医学健康4.教育培训VR、AR、MR的应用5.文化娱乐6.建筑规划7.商业营销军事仿真训练与演练是VR技术的重要应用领域之一，也是VR技术应用最早、最多的一个领域。VR技术应用于军事演练，带来了军事演练观念和方式的变革，推动了军事演练的发展。目前，VR技术在军事领域的应用包括进行单兵模拟训练、网络化作战演练、虚拟战场环境、武器装备的研制等方面，下面以单兵模拟训练为例进行介绍。1.军事演练在工业生产领域，VR、AR、MR技术成为了智能制造领域的发展重点，是智能制造核心信息设备领域的关键技术之一。这项技术可以在智能制造各个环节中获取信息、实时通信，以实现动态交互、决策分析和控制。按生产环节看，VR、AR、MR技术可在需求分析、总体设计、工艺设计、生产制造、测试实验、使用维护等环节提供支撑，有助于实现工业产品“设计-制造-测试-维护”的智能化和一体化的应用。2.工业生产“VR+产品设计”可提供沉浸式空间，实现产品的多人同步设计，所见即所得的设计方式极大简化了设计难度，提高设计效率。例如，汽车厂家凭借VR技术可视化、可交互的特点，在与真实汽车同比例的虚拟空间中，动态调整设计细节与总体原型，同时进行各类路试、碰撞、风洞测试，通过虚拟设计、生产模拟、工艺分析与虚拟试验，大幅缩短了新车研发周期，降低了研发成本。产品设计，如图1-32所示。VR结合工业生产的应用场景，包括产品设计、工厂规划、运行维护、汽车抬头显示、远程协作等方面，下面做部分介绍。（1）产品设计（2）工厂规划在工厂规划阶段，通过VR设备，设计师与其他参与项目的人员可以在虚拟的厂房中观测与审核工厂运行效果。在厂房设计阶段，设计师和管理者可以在同一环境下讨论工程布局与行走路线的布局，如图1-33所示。这可以预知工人与工程师在工厂中是否可以舒适高效地工作。通过工厂的设计规划，公司可以最大化地提高生产线投产后的能效。（3）运行维护MR技术可以在日常工作的真实环境中为工人提供他们最为需要的信息，包括岗位操作培训、设备维护手册、物联网（InternetofThings，IOT）数据展示，以及远程专家指导，等等。员工在使用头戴式MR眼镜的时候，完全不影响他们对身边真实环境的观察，并能解放出双手进行操作。MR工业运维，如图1-34所示。(4)汽车抬头显示抬头显示（HeadsUpDisplay，HUD）是AR在汽车市场上的突破性应用，可以将汽车行驶信息及交通信息投射在挡风玻璃上，在行驶过程中，驾驶员不需要转移视线，如图1-35所示。宝马、沃尔沃、雪佛兰、雷克萨斯等众多车型都采用了HUD技术。ARHUD正在成为智能座舱与驾驶安全的新标签。（5）远程协作在很多方面，VR技术代表着计算机辅助设计技术的自然演化。“VR+远程协作”可以帮助用户突破物理限制，让多个用户进入同一个虚拟仿真环境中进行协同评审，如图1-36所示。在5G时代即将到来的今天，5G网络的超快通信速度能帮助制造业企业实现全球化的异地协同，电影中的全球化协同场景终将实现。（1）手术培训“VR+手术培训”将医学教学与学习体验提升到了一个新高度，如图1-37所示。过去只有少数临床医学学生才能获得见习机会，观察医生实施手术的具体过程。然而随着VR技术的发展，VR技术使医生的操作可以全球播放，医学院的学生也可以使用VR眼镜来模拟手术实践。（2）解剖教学（3）医疗影像解剖学教学和教科书在教学内容传达方面有局限性。而在VR中学习，情况可以得到改善，教师可以从皮肤层、骨骼、身体各个角度教学，每一层都可以独立移动，因此医学生可以看到肌肉、神经和器官之间关系，如果有需要，还可以放大到微观层面，VR解剖教学如图1-38所示，这是一种非常直观便利的学习体验。MR技术在医疗场景中也有着广阔的发展空间，如在手术过程中，医疗影像数据可以方便地转化为3D模型，技术支持者利用MR全息化地展示这些模型，可以将平面的影像立体化，给予与医生准确的空间位置判断力，MR医疗影像如图1-39所示。这种空间立体化的“读片”技术可以显著提升年轻医生的读片准确度，同时也方便医生将相关病情与患者或家属进行直观的沟通。3.医学健康医学领域对VR、AR、MR技术有着巨大的应用需求，提供了强大的推动力，同时也提出了严峻的挑战。目前，VR、AR、MR技术已初步应用于虚拟手术训练、远程会诊、手术规划及导航、远程协作、心理治疗和康复训练手术等方面，已成为医疗过程中不可替代的重要手段和环节。（1）常规教育“VR、AR、MR+教育培训”市场潜力大、目标用户多、涵盖范围广。“VR+教育培训”涉及领域较广，包括面向大众的语言教育等专题类教育、面向中小学基础教育等常规教育，面向行业应用的职业培训，以及面向大众的安全教育等领域。VR技术未来有望将成为基础的教育工具。4.教育培训在中小学基础教育和高等教育中，VR技术的应用以VR课件、VR课堂为主，如图1-40所示，三维直观的教学内容、丰富的互动性、游戏化的教学方式成为VR技术提升教学效果的主要特点。（2）职业培训Thistemplateisexclusivelydesignedby1PPT职业教育主要关注技能培训和操作能力的提高，但一些复杂操作技能，如汽车维修，很难给与学生充足的实际上手时间。同时，在学生进行实际操作的时候也需要教师一直确保其操作准确性，以免发生人员伤害或设备毁损的情况。MR技术可以将培训教学内容虚拟化，并将培训教学内容与教学现场的环境和实物叠加起来，通过虚实结合的方式辅助学生掌握操作方法，MR技能培训如图1-41所示。而且虚拟化的培训内容可以反复播放，实现学生独立学习的需求。4.教育培训（3）安全教育无论是在网上频繁进行灾害防范宣传，还是在学校、社区、企业中进行大模的安全演练，都要付出相当高的成本，而基于安全考虑，一般的演练都无法感受真实的灾害情景，人们的防范意识并没有得到真正的提升，在耗费了大量人力财力物力的同时并没有起到应有的效果。随着VR技术的出现并应用于公共安全教育，有望从根本上改变这一现状。VR技术构造出特定的安防培训场景，将传统的教学元素，如图形和数据嵌入到生动虚拟环境中，通过模拟特定的危险情景，更容易激发体验者的紧张感并提升专注度，强化事故演练效果，VR安全教育如图1-42所示4.教育培训4.教育培训AR可以将静态的文字、图片读物立体化，增加阅读的互动性、趣味性，AR读本如图1-43所示示，三维直观的教学内容、丰富的互动性、游戏化的教学方式成为VR技术提升教学效果的主要特点。（4）教材变革（1）直播VR直播,是VR与直播的结合，如图1-44所示。与传统电视观看相比，VR直播最大区别是让观众身临其境来到现场，实时全方位体验。VR直播与我们常见的新闻现场直播、春晚直播不同之处在于其具备3个特点：全景、3D以及交互。采用360度全景的拍摄设备捕捉超清晰、多角度的画面，每一帧画面都是一个360度的全景，观看者可选择上下左右任意角度，体验逼真的沉浸感。VR直播跳出了传统平面视频的视角框定，给用户呈现前所未有的视觉盛宴。在VR全景直播中，是由用户来决定看到的内容，而不是内容决定用户。随着5G的加速推进，VR直播逐渐成了企业营销标配。目前，VR直播在电子商务、体育赛事、综艺节目等领域应用火爆，未来也会有更多的领域开始加入到VR技术的大军中。“VR+文化娱乐”重在提升大众消费体验，应用领域包括游戏、社交、影视、直播、旅游、文博等，下面以直播、文博为例介绍VR技术在文化娱乐领域的应用。5.文化娱乐（2）文博文博也是VR技术的一个重要应用领域。现在VR已经成为数字博物馆/科学馆、大型活动开闭幕式彩排仿真、沉浸式互动游戏等应用系统的核心支撑技术。在数字博物馆/科学馆方面，利用VR技术可以进行各种文献、手稿、照片、录音、影片和藏品等文物的数字化展示，VR文博如图1-45所示。对这些文物展品高精度图的建模也不断给VR建模方法和数据采集设备提出了更高的要求，推动了VR技术的发展。许多国家都积极开展了这方面的工作，如纽约大都会博物馆、大英博物馆、俄罗斯冬宫博物馆和法国卢浮宫等都建立了自己的数字博物馆。我国也开发并建立了大学数字博物馆、数字科技馆和虚拟敦煌、虚拟故宫等。5.文化娱乐（3）游戏AR游戏可以让位于不同地点的玩家，结合GPS和陀螺仪，以真实世界为游戏背景，加入虚拟元素，使游戏虚实结合。任天堂的PokémonGO就是一款火爆全球的增强现实游戏。5.文化娱乐（1）建筑规划建筑行业很大程度是由空间定义。最近几年建筑设计方式从使用2D文档到依靠建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）的过渡是一个自然的演变。如果MR与BIM能够进行完美地结合，把“虚”的BIM数据和“实”的施工场景进行叠加对比，MR建筑规划如图1-47所示，那人们甚至可以在建筑施工现场评估工程进度和施工精确度，这也将为建筑工程行业的智能化推进带来巨大的想象空间。在建筑规划当中，在施工之前需要有可视化效果展示各种设计效果。可视化效果如果只停留在图纸上，想要真正发现规划当中的问题非常困难。而VR技术可按照规划以及总体效果图再现设计效果，再通过人机交互就可使人们提前感受建筑建设情况，真正实现正确施工。6.建筑规划（2）房产开发“VR+房产开发”，是VR和传统企业结合的成功案例。VR对于传统房地产营销方式的变革绝不只是对样板间的颠覆，VR+地产已经做到城市空间、楼盘全场景、景观、精装样板间的VR体验，VR远程看房如图1-48所示。针对为住宅地产、商业地产、养老地产、文旅地产、科技园区、城市规划这些不同地产业态打造专项的全场景解决方案，在VR交互中植入了互动元素，使用户可以更深入地体验到房产的细节。6.建筑规划（3）家具装饰在智能手机和AR的结合方面，苹果走在了前列。在iPhoneX手机中，苹果植入了三维识别传感器，能够对周围空间和物体进行识别和建模，用户可以用手机测量周围空间，或是对家具进行模拟摆放，AR家装如图1-49所示。6.建筑规划（1）电子商务AR技术可以让消费者实时查看有关零售店内产品的信息，并使用计算机视觉技术和店内跟踪来帮助顾客找到需要的商品，AR购物如图1-50所示。“VR+商业营销”是利用VR技术，使消费者获得逼真的感官体验，充分调动消费者的感性基因，从而影响其消费决策。VR/AR电商通过三维建模技术与VR/AR设备以及交互体验，可以带给消费者更好的消费体验。化效果展示各种设计效果。可视化效果如果只停留在图纸上，想要真正发现规划当中的问题非常困难。而VR技术可按照规划以及总体效果图再现设计效果，再通过人机交互就可使人们提前感受建筑建设情况，真正实现正确施工。7.