从手机游戏Pokemon go谈到AR、VR和MR技术

近期一款名为Pokemon go的手机游戏，在全球范围内掀起了一阵“捉妖”风潮。各国人民聚集在户外，拿着手机寻找皮卡丘、小火龙、可达鸭、妙蛙种子等小精灵，并且不时地因为收集到某种“稀奇物种”而欢呼雀跃。其实关于捕获小精灵的游戏并不少见，但为何Pokemon Go却深受追捧？

口袋妖怪（Pokemon Go）游戏（图片来源：北京晨报）

打开游戏运用谷歌GPS地图定位，将你所处城市的真实地图与游戏画面进行叠加，按照地图指示行走，你就可以走到现实中的各个场景。通过手机摄像头的拍摄，你会发现自己家的电视柜上跳跃着一只小火龙，或者在去商场的路上偶遇一只皮卡丘等等。你还可以通过投掷精灵球去捕捉它们。这种将现实与虚拟结合在一起的有趣玩法，正是AR技术被巧妙应用的结果。

AR的英文全称为Augmented Reality，即增强现实。它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”结合的新技术，可以把视觉信息、声音、味道、触觉等虚拟信息，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加到真实世界，从而达到超越现实的综合感官体验。利用AR技术，通过手机镜头、专门的眼镜或者头盔，人们可以看到眼前的现实世界以及上面的一层虚拟信息，就如同AR的中文名字“增强现实”所体现的那样。

AR技术除了为手机游戏带来新玩法外，在军事、医疗、工业维修、旅游展览等领域，也发挥着重要的作用。比如在做手术的过程中，可利用AR技术精确地呈现出身体内部构造，减少手术操作的失误；在军事战争中，可利用AR技术进行方位识别，获得所在地点的实时地理数据等重要的军事数据等等。

提到AR技术，你肯定会联想到VR技术，这两个名称相似的技术确实很容易让人混淆。除了一个字母之差以外，两者之间的差异在哪里呢？首先要从VR的名字说起，VR的英文全称为Virtual Reality，即虚拟现实。简单来说，VR技术是利用计算机技术，把我们的视觉、听觉、触觉等感官带入一个虚拟的世界，如同身临其境。目前市场上比较知名的VR设备都是头戴式的显示器，主要有HTC Vive、PlayStation VR、Gear VR和Oculus Rift等。

想象一下，你窝在沙发上，选好了想看的电影，戴上VR设备，就如同进入了虚拟的IMAX影厅，能体验到一种包场的快感。只要你想，你可以立刻出现在BIGBANG演唱会、奥运会或者世界杯比赛的现场，你还可以游览世界上任何你想去却又难以抵达的地方。VR还能带来前所未有的、更具有真实感和冲击力的游戏体验。用电影《黑客帝国》中的一句台词来形容VR的作用再恰当不过：梦境变成了他们的现实。

游戏玩家正在体验虚拟现实（VR）设备（图片来源：光明日报）

AR和VR的名字中都有现实二字，所谓现实，就是我们肉眼看得到的、耳朵听得见的、皮肤感知得到的世界。而两者的主要区别在于AR技术是对现实世界叠加了虚拟信息，而VR技术则是构建了逼真的虚拟场景，让人很难分辨何为虚拟、何为现实。简单来讲，AR技术是在真实的道路上添加虚拟的车辆和行人；而VR技术能够构建出一个世界，在这个世界中，不仅车辆和行人是虚拟的，你看到的一切全部都是虚拟的。

聊完AR和VR技术，接下来谈一谈大家有点陌生的MR技术。MR的英文全称是Mixed Reality，即混合现实。它是一种把真实世界和虚拟世界融合在一起，生成新的环境和视觉图像，让真实物体和数字物体实时共存，并进行互动的技术。可以说MR技术融合了VR和AR的优点，能够让人看到现实世界，又能呈现极具真实感的虚拟物体。

微软公司已经设计出应用MR技术的头戴设备HoloLens。通过佩戴HoloLens眼镜，你在看到现实世界的同时，还会多看到一层虚拟内容，例如一些数字按钮等，你可以随意通过手势来操作投射内容，就如同科幻电影《钢铁侠》中出现的那样。

混合现实技术（图片来源：北京日报）

MR技术与AR技术听起来很接近，它们的确都是现实与虚拟影像的结合，但MR和AR的区别在于：MR技术更能够令虚拟物体完全融合到现实场景中，并且用户可以与虚拟出来的数字信息进行互动，而AR技术则不具备这种特性。

简单来说，MR技术与AR技术的差异就在于“融合”和“互动”两方面。从融合的角度来看，当你在应用AR技术的Pokemon go游戏中通过手机摄像头看到小精灵，并且投掷精灵球去捕获它的时候，你会发现无论你向前还是向后移动，你与小精灵之间的距离不会因此改变，于是你能够轻易地判断出小精灵并不是真实存在于现实世界的。而MR技术能够让虚拟的小精灵与现实世界完美结合，你走近它时，它会变大，远离它时，它则会变小，就像它真实存在于现实世界那般，你不会有“跳戏”的感觉。

从互动的角度来说，在AR的使用场景中是不能够与虚拟物体直接进行互动的。例如我们戴上GoogleGlass，只能通过在眼镜的触摸板上进行简单的点击、滑动来控制界面。而在MR的使用场景中，我们能像在现实世界中那般，用双手拆解、安装和搬运虚拟物体，整体的使用体验十分逼真，操作起来也更自然。

总的来讲，VR是纯虚拟数字画面，AR是裸眼现实叠加虚拟数字画面，而MR则是数字化现实加上虚拟数字画面。

随着科技的不断进步，人类真的要进入虚实难辨的世界了。AR、VR和MR技术为人类开拓出感知世界的“新视野”。我们期待这些技术能够融入到人类生活的方方面面，改变人类固有的生活方式，进而带来无尽的便捷与乐趣。（谢莹）

本文由北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院副教授秦曾昌进行科学性把关。