VR，AR，MR | 虚拟和现实的盛宴

这几年，和建筑业相关的IT技术除了BIM，最火的就是虚拟现实了。后来又蹦出来什么增强现实、混合现实，你有没有被搞迷糊呢？

今天，BOX来给你说一说，这些「某某现实」都是些什么东西，有什么来历，和建筑业有什么关系，以及它们目前的产业状况。

 

        V  R 

首先来说说虚拟现实，Virtual Reality。

简单理解，VR就是把虚拟的世界呈现在你眼前。目前人们约定俗成的，是把那种戴着头盔的，有沉浸感的，无边框的虚拟世界，称为虚拟现实。

在很多的BIM论坛中都有VR这么个板块，但大多数都属于「假VR」，也就是不属于这种约定俗成的VR。

这种假VR分这么几个层次：

第一种，就是用BIM模型渲染成一段视频，为了提升效果可以在很大的屏幕上播放，但无论渲染的有多炫酷，这都属于普通的渲染视频，最多可以叫虚拟漫游；

第二种，是把渲染的图像或者视频放在手机里，随着手机的移动和转动，图像也会跟着动；如果你把手机套在一个售价两三百块钱的VR眼镜上，图像就会随着你的头部旋转而改变角度。

这种技术很接近VR，但它有自己的名字，叫全景图像或者全景视频。它和VR最大的区别就是沉浸感，你把它套在眼前，最好的效果也就是在影院观看巨幕电影的感觉，远远没有「我在这个场景里」的沉浸感。

造成沉浸感的区别有三个原因：

➤ 一是图像分辨率太低，骗不过眼睛；

➤二是有明显的图像边界，就是手机屏幕的边界；

➤三是没有双眼单独运算产生的纵深感，你看到的只是一副展开在眼前的巨大球面图像而已。

建筑业用到的VR技术，大多是用游戏引擎把建筑场景的三维模型进行渲染，然后单独导出成VR视频或者VR程序，再使用专门的硬件设备来观看。

三维模型不一定要用BIM模型，用3DMAX，Sketchup建模都可以。只不过这些软件属于效果图人员和建筑设计师才能掌握的，而BIM让更多的人有了建筑建模的能力，所以才会让VR在建筑业大面积的爆发。

硬件方面，目前市面上VR头盔设备不多，最主流的是Oculus Rift和HTC Vive。

在这两种设备上投射的VR影像，和咱们刚说的「假VR」最大的区别，就是沉浸感。戴上头盔，你会完全进入那个虚拟的场景中。

要做到这一点就得骗过我们的眼睛，这其实还是挺难的——最重要的是清晰度得够。

VR头盔的显示屏离人眼很近，单张图像最低分辨率宽度至少要达到1080像素，才能将就看；要产生立体纵深感，左右眼渲染的图像得不一样，乘以二就是2160像素。

这还只是视野范围内的图像，你要是一转头，视野边界外的图像也得渲染进来，范围至少要扩大到3024X1680像素。VR眼镜保证不晕的最低刷新率要求是每秒90帧，这么一算每秒的运算量就得达到4.5亿像素。

如果开两倍的抗锯齿，就得达到每秒9亿像素。

目前最好的民用显卡，也就刚刚满足这个数量级的运算量。

这带来的问题就是，想买一套像样的VR设备，投资会比较高，目前一套头盔加上配置足够的电脑，至少需要2万块钱。

而要让图像更清晰，以至于完全看不出来像素点，图像分辨率还得长宽各乘以3，那就多了9倍的运算量，目前最好的显卡也达不到。

伴随而来的就是数据的传输问题，这么大的数据量，目前的无线网络传输速度是远远达不到的，所以无论是哪家的头盔，都要拖着长长的数据线。

当然你会说，建筑业不像游戏业，不需要那么真实炫酷的体验，运算量低点，分辨率粗糙点也没关系。

确实如此，即便是比较粗糙的VR技术，带来的沉浸感，也足够用户对建筑进行空间体验，这也是为什么VR在游戏业成长放缓，而在建筑业却不断升温的原因。

咱们这个行业吧，对科技确实是更能凑合一些。

不过话说回来，低分辨率带来的不适感也确实存在，VR设备本来就会让人产生晕动症——也就是图像变了，身体没动，大脑就会本能的产生眩晕，而更低的分辨率则会加剧这种眩晕感。

图像运算和数据传输这两点技术障碍，会随着硬件的迭代更新而得到解决，目前VR的发展进入了瓶颈，但未来更快、更小的移动显卡，和5G网络技术的到来，都会让VR再度迎来爆发期。

        A  R 

下面咱们说说增强现实，Augmented Reality。

很多人把增强现实理解为「效果更好的虚拟现实」，这完全是错的。它并不是虚拟现实的升级版，这两者诞生和发展也是完全独立的。

增强现实技术就是字面上的意思，用虚拟的东西把现实增强。

咱们举两个例子。

2016年，日本任天堂公司推出了一款风靡全球的手机游戏，叫 pokemon go。

玩这个游戏的时候，你举起手机打开摄像头，就可以在真实的环境中发现宠物小精灵，可以抓捕它们或者进行战斗。这些小精灵不是简单的显示在画面里，而是会根据现实场景来改变它们的位置。

下一个例子更加常见，就是目前市场上流行的一些增强拍摄的相机app，比如激萌相机，它可以识别相机中的人物，给人像加上兔子耳朵啊，红脸蛋啊这些东西，还能跟着人脸运动，这也是典型的AR技术。

和虚拟现实做个对比，VR就是创造一个完全取代现实的世界，让人感觉「我怎么在这里？」，AR则是在现实世界的图像中叠加一些东西，让人感觉「哎？这里多了个本来不存在的东西」。

从技术层面来说，增强现实和虚拟现实的差别很大。

虚拟现实的核心技术基本都集中在计算机图形领域，需要解决的是图像运算问题，和硬件设备性能的问题。

而增强现实的核心技术在环境识别领域，也就是程序怎么知道摄像头正在拍摄的东西是一张人脸还是一棵树，此外还需要一套算法来把虚拟的物体显示在该呆的地方。

在算法功能上，增强现实比虚拟现实要难，但反过来对于硬件的需求反倒比虚拟现实要低。因为它只需要运算虚拟部分的物体，而不需要进行整个场景的渲染。

咱们说说AR在建筑业的应用，以及它跟BIM的关系。

一种比较有价值的应用是连接BIM模型与实际现场。

比如项目的土建已经施工完成，在安装机电设备的过程中，用移动设备观看现场，可以把未来需要安装的机电设备模型投射到画面中，指导现场施工，还可以随时观看施工进展是否符合BIM设计。

再比如改造项目，可以用手机来扫描现场，AR程序能通过投射的方式给你一双「透视眼」，看到地下和墙壁后面的管道，来进行精确的开挖。当然这些投射的模型是BIM提供的。

第二种是对模型信息的投射。

AR可以投射的不仅是图形，文字和表格信息也不在话下。

它所依赖的设备也不仅仅是手机或者掌上电脑，像微软的Hololens、国产的meta 这样的增强现实眼镜，都是专门为AR技术开发的设备。

这类头显设备都带有前置传感器，可以识别场景和穿戴者的手势，也可以通过编写程序，把施工现场的工序做法、施工问题、构建属性等信息投射到眼前，不仅可以用于施工阶段，还可以用于后期运维。

在这类应用中，BIM模型中的信息就为AR程序的编写提供了有力的支持。

需要知道的是，这些硬件产品虽然已经逐步进入商业市场，但应用层面还不是很成熟。比如对空间的识别精度不够，对遮挡物的处理能力不足等问题。

不过随着硬件的计算能力和软件的更新迭代，这些问题都将逐渐得到解决。

你可能还见过一种AR的应用场景，就是用摄像头对着一张平面图纸，可以在显示器上看到图纸中的建筑变成了3D，还能随着图纸的位置变化进行旋转。

虽然看起来比较炫酷，但除了带来感官上的新意，实际生产力可能还比不上一段普通的施工模拟动画。

你可别觉得这是建筑业中才有的黑科技，实际上这种小品级的技术很普遍，不信你在淘宝搜索「儿童AR动物卡片」，几十块钱就能享受类似的AR技术，还包邮哦。

        M  R   

最后咱们来说说混合现实， Mixed Reality。

MR的概念最早进入大众的视野，是一段网上疯传的视频，叫做「谷歌黑科技全息投影裸眼3D」，展示了一只鲸鱼的全息影像投射在体育馆里的情景。

视频来自于谷歌投资的Magic Leap，这家公司把它的技术定义为混合现实。在它出现后不久，前面说到的微软Hololens也把自己从增强现实设备改名为混合现实设备。

后来，这段视频被证明只是Magic Leap的概念宣传，它的技术也根本不是国内理解的全息投影裸眼3D，而是需要佩戴相应的设备才能实现。

从这段视频中的鲸鱼身上，你能看出混合现实和增强现实的区别吗？

咱们先换一个你更熟知的公司，来说明混合现实。

2017年6月6日，苹果公司召开了全球开发者大会，推出了新的增强现实平台，名叫 ARkit。

大会上展示的内容也比较简单明了，就是你用苹果手机的对准一张什么都没有的桌子，到了手机里却会现实桌子上多了茶杯和台灯等物体。

很多人觉得这跟增强现实相机没区别嘛，苹果自己也是低调的把这个技术称作增强现实。

但是会后却有人评价，苹果将开启混合现实技术的新时代，这是为什么呢？

原来是有细心人发现，在苹果的增强现实程序里，桌子上虚拟的茶杯和台灯，都是有投影的，而且当你移动这些虚拟物品的时候，它们的投影也会随之改变方向。

这就要求程序把摄像头中的桌面进行三维建模计算，才能知道画面中哪个地方是桌面，角度是多少，怎样投影才是正确的。

再反观一般的增强现实程序，都做不到「虚拟物品在真实物品上投影」。

咱们再回来看看那个体育馆里飞起鲸鱼的视频，你会注意到，鲸鱼飞行的轨迹，和它溅起的浪花，在体育馆这个场景里是由远至近三维展示的，而不是简单的覆盖在现实图像之上；鲸鱼在沉入水底的时候也是准确的在地面的位置沉下去，而不是在半空中消失；最重要的是，在视频的最后，鲸鱼还会被离镜头最近的现场观众遮挡。

如果只是把画面投射在图像的最顶层，是绝做不到这一点的。

咱们通过这张图来说清楚VR、AR和MR的区别。

➤虚拟现实VR，是创造了一整个虚拟世界，把你和现实世界隔离开。核心问题是图形计算和沉浸感。

➤增强现实AR，是把虚拟事物叠加到现实世界图像的最顶层。核心问题是图像识别和跟踪。

➤混合现实MR，是把虚拟物体和现实物体都进行再次计算，把它们混合到一起，难分彼此。核心问题是对现实世界的3D扫描，以及远近空间的感知。

再举一个例子你就更明白了：

如果AR技术显示墙上有一个钟表，你肯定是能分辨出那是设备投射出来的；而通过MR系统投射的虚拟钟表，无论你怎么动，它都会待在固定的位置，随着你的旋转可以看到它不同的角度，还会投射影子到墙上，就好像那里本来就有一个真正的钟表一样。

MR技术所需要解决的技术问题比前两种技术更多，难度更高；要达成「让人区分不出虚拟和现实」的境界，它需要的计算量比VR技术也要高得多。

目前混合现实还没有成熟推向市场的硬件设备，软件应用也是在理论阶段。具体到建筑行业，成熟的应用就更没有了。

如果过一阵子AR不那么火了，建筑业又有人站出来和你说，他正在成熟的运用MR技术，那八成是来忽悠你的。

不过事情可能会有转机，刚刚咱们之所以说，苹果公司开启了混合现实技术的新时代，恰恰是因为它推出的ARkit，很可能让技术发展跳过AR时代，直接进入MR时代。

➤一是因为苹果将底层技术的开发全部包揽，全球的开发者不需要从零开始进行MR技术的开发，只要在IOS平台开发产品级的应用就可以了；

➤二是苹果公司庞大的用户和开发者群体，将会让MR应用的开发进程以指数级的速度产生飞跃。

另外，擅长发明黑科技的索尼公司发布的手机 XZ1，就配备了混合现实所需要3D扫描的技术，可以通过手机摄像头直接给物体进行三维建模。

当然，目前手机上的混合现实应用还远达不到「以假乱真」的地步，但在一些专业领域，比如工业和建筑业，不像游戏业那样对仿真度有那么高的需求，只要能解决问题，一些画面相对粗糙的MR应用就会给行业带来很大的价值，也不需要像VR领域那样需要等待下一轮硬件革命的到来。

所以有人预测，专业领域的混合现实技术即将进入一个飞速发展期，抢在虚拟现实技术之前达到普及。关于这一点，我们拭目以待。

最后开开想说的是，今天聊的这几项技术，每一项都会给各个行业带来非常广阔的商业市场，建筑业是这个市场的一小块，BIM只是在这个细分市场里为它们提供底层数据的工具。相比之下，它们确实不在一个量级上。

不过对于工程建筑行业的人来说，离这些尖端技术最近的领域，也确实就是BIM了，在未来，能够找到BIM与它们的结合点的人，无疑将会是行业内不可多得的人才。

这片广阔的天地，也许就留给此刻的你呢！

好了，今天的内容希望能给你一些参考，有态度，有深度，BIMBOX，咱们下次见！