從手機游戲Pokemon go談到AR、VR和MR技術

近期一款名為Pokemon go的手機游戲，在全球范圍內掀起了一陣“捉妖”風潮。各國人民聚集在戶外，拿著手機尋找皮卡丘、小火龍、可達鴨、妙蛙種子等小精靈，並且不時地因為收集到某種“稀奇物種”而歡呼雀躍。其實關於捕獲小精靈的游戲並不少見，但為何Pokemon Go卻深受追捧？

口袋妖怪（Pokemon Go）游戲（圖片來源：北京晨報）

打開游戲運用谷歌GPS地圖定位，將你所處城市的真實地圖與游戲畫面進行疊加，按照地圖指示行走，你就可以走到現實中的各個場景。通過手機攝像頭的拍攝，你會發現自己家的電視櫃上跳躍著一隻小火龍，或者在去商場的路上偶遇一隻皮卡丘等等。你還可以通過投擲精靈球去捕捉它們。這種將現實與虛擬結合在一起的有趣玩法，正是AR技術被巧妙應用的結果。

AR的英文全稱為Augmented Reality，即增強現實。它是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”結合的新技術，可以把視覺信息、聲音、味道、觸覺等虛擬信息，通過電腦等科學技術，模擬仿真后再疊加到真實世界，從而達到超越現實的綜合感官體驗。利用AR技術，通過手機鏡頭、專門的眼鏡或者頭盔，人們可以看到眼前的現實世界以及上面的一層虛擬信息，就如同AR的中文名字“增強現實”所體現的那樣。

AR技術除了為手機游戲帶來新玩法外，在軍事、醫療、工業維修、旅游展覽等領域，也發揮著重要的作用。比如在做手術的過程中，可利用AR技術精確地呈現出身體內部構造，減少手術操作的失誤﹔在軍事戰爭中，可利用AR技術進行方位識別，獲得所在地點的實時地理數據等重要的軍事數據等等。

提到AR技術，你肯定會聯想到VR技術，這兩個名稱相似的技術確實很容易讓人混淆。除了一個字母之差以外，兩者之間的差異在哪裡呢？首先要從VR的名字說起，VR的英文全稱為Virtual Reality，即虛擬現實。簡單來說，VR技術是利用計算機技術，把我們的視覺、聽覺、觸覺等感官帶入一個虛擬的世界，如同身臨其境。目前市場上比較知名的VR設備都是頭戴式的顯示器，主要有HTC Vive、PlayStation VR、Gear VR和Oculus Rift等。

想象一下，你窩在沙發上，選好了想看的電影，戴上VR設備，就如同進入了虛擬的IMAX影廳，能體驗到一種包場的快感。隻要你想，你可以立刻出現在BIGBANG演唱會、奧運會或者世界杯比賽的現場，你還可以游覽世界上任何你想去卻又難以抵達的地方。VR還能帶來前所未有的、更具有真實感和沖擊力的游戲體驗。用電影《黑客帝國》中的一句台詞來形容VR的作用再恰當不過：夢境變成了他們的現實。

游戲玩家正在體驗虛擬現實（VR）設備（圖片來源：光明日報）

AR和VR的名字中都有現實二字，所謂現實，就是我們肉眼看得到的、耳朵聽得見的、皮膚感知得到的世界。而兩者的主要區別在於AR技術是對現實世界疊加了虛擬信息，而VR技術則是構建了逼真的虛擬場景，讓人很難分辨何為虛擬、何為現實。簡單來講，AR技術是在真實的道路上添加虛擬的車輛和行人﹔而VR技術能夠構建出一個世界，在這個世界中，不僅車輛和行人是虛擬的，你看到的一切全部都是虛擬的。

聊完AR和VR技術，接下來談一談大家有點陌生的MR技術。MR的英文全稱是Mixed Reality，即混合現實。它是一種把真實世界和虛擬世界融合在一起，生成新的環境和視覺圖像，讓真實物體和數字物體實時共存，並進行互動的技術。可以說MR技術融合了VR和AR的優點，能夠讓人看到現實世界，又能呈現極具真實感的虛擬物體。

微軟公司已經設計出應用MR技術的頭戴設備HoloLens。通過佩戴HoloLens眼鏡，你在看到現實世界的同時，還會多看到一層虛擬內容，例如一些數字按鈕等，你可以隨意通過手勢來操作投射內容，就如同科幻電影《鋼鐵俠》中出現的那樣。

混合現實技術（圖片來源：北京日報）

MR技術與AR技術聽起來很接近，它們的確都是現實與虛擬影像的結合，但MR和AR的區別在於：MR技術更能夠令虛擬物體完全融合到現實場景中，並且用戶可以與虛擬出來的數字信息進行互動，而AR技術則不具備這種特性。

簡單來說，MR技術與AR技術的差異就在於“融合”和“互動”兩方面。從融合的角度來看，當你在應用AR技術的Pokemon go游戲中通過手機攝像頭看到小精靈，並且投擲精靈球去捕獲它的時候，你會發現無論你向前還是向后移動，你與小精靈之間的距離不會因此改變，於是你能夠輕易地判斷出小精靈並不是真實存在於現實世界的。而MR技術能夠讓虛擬的小精靈與現實世界完美結合，你走近它時，它會變大，遠離它時，它則會變小，就像它真實存在於現實世界那般，你不會有“跳戲”的感覺。

從互動的角度來說，在AR的使用場景中是不能夠與虛擬物體直接進行互動的。例如我們戴上GoogleGlass，隻能通過在眼鏡的觸摸板上進行簡單的點擊、滑動來控制界面。而在MR的使用場景中，我們能像在現實世界中那般，用雙手拆解、安裝和搬運虛擬物體，整體的使用體驗十分逼真，操作起來也更自然。

總的來講，VR是純虛擬數字畫面，AR是裸眼現實疊加虛擬數字畫面，而MR則是數字化現實加上虛擬數字畫面。

隨著科技的不斷進步，人類真的要進入虛實難辨的世界了。AR、VR和MR技術為人類開拓出感知世界的“新視野”。我們期待這些技術能夠融入到人類生活的方方面面，改變人類固有的生活方式，進而帶來無盡的便捷與樂趣。（謝瑩）

本文由北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院副教授秦曾昌進行科學性把關。