BIMBOX | VR，AR，MR | 虛擬和現(xiàn)實的盛宴

簡單理解，VR就是把虛擬的世界呈現(xiàn)在你眼前。目前人們約定俗成的，是把那種戴著頭盔的，有沉浸感的，無邊框的虛擬世界，稱為虛擬現(xiàn)實。

在很多的BIM論壇中都有VR這么個板塊，但大多數(shù)都屬于「假VR」，也就是不屬于這種約定俗成的VR。

這種假VR分這么幾個層次：

第一種，就是用BIM模型渲染成一段視頻，為了提升效果可以在很大的屏幕上播放，但無論渲染的有多炫酷，這都屬于普通的渲染視頻，最多可以叫虛擬漫游；

第二種，是把渲染的圖像或者視頻放在手機里，隨著手機的移動和轉(zhuǎn)動，圖像也會跟著動；如果你把手機套在一個售價兩三百塊錢的VR眼鏡上，圖像就會隨著你的頭部旋轉(zhuǎn)而改變角度。

這種技術(shù)很接近VR，但它有自己的名字，叫全景圖像或者全景視頻。它和VR最大的區(qū)別就是沉浸感，你把它套在眼前，最好的效果也就是在影院觀看巨幕電影的感覺，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有「我在這個場景里」的沉浸感。

造成沉浸感的區(qū)別有三個原因：

? 一是圖像分辨率太低，騙不過眼睛；

?二是有明顯的圖像邊界，就是手機屏幕的邊界；

?三是沒有雙眼單獨運算產(chǎn)生的縱深感，你看到的只是一副展開在眼前的巨大球面圖像而已。

建筑業(yè)用到的VR技術(shù)，大多是用游戲引擎把建筑場景的三維模型進行渲染，然后單獨導(dǎo)出成VR視頻或者VR程序，再使用專門的硬件設(shè)備來觀看。

三維模型不一定要用BIM模型，用3DMAX，Sketchup建模都可以。只不過這些軟件屬于效果圖人員和建筑設(shè)計師才能掌握的，而BIM讓更多的人有了建筑建模的能力，所以才會讓VR在建筑業(yè)大面積的爆發(fā)。

硬件方面，目前市面上VR頭盔設(shè)備不多，最主流的是Oculus Rift和HTC Vive。

在這兩種設(shè)備上投射的VR影像，和咱們剛說的「假VR」最大的區(qū)別，就是沉浸感。戴上頭盔，你會完全進入那個虛擬的場景中。

要做到這一點就得騙過我們的眼睛，這其實還是挺難的——最重要的是清晰度得夠。

VR頭盔的顯示屏離人眼很近，單張圖像最低分辨率寬度至少要達(dá)到1080像素，才能將就看；要產(chǎn)生立體縱深感，左右眼渲染的圖像得不一樣，乘以二就是2160像素。

這還只是視野范圍內(nèi)的圖像，你要是一轉(zhuǎn)頭，視野邊界外的圖像也得渲染進來，范圍至少要擴大到3024X1680像素。VR眼鏡保證不暈的最低刷新率要求是每秒90幀，這么一算每秒的運算量就得達(dá)到4.5億像素。

如果開兩倍的抗鋸齒，就得達(dá)到每秒9億像素。

目前最好的民用顯卡，也就剛剛滿足這個數(shù)量級的運算量。

這帶來的問題就是，想買一套像樣的VR設(shè)備，投資會比較高，目前一套頭盔加上配置足夠的電腦，至少需要2萬塊錢。

而要讓圖像更清晰，以至于完全看不出來像素點，圖像分辨率還得長寬各乘以3，那就多了9倍的運算量，目前最好的顯卡也達(dá)不到。

伴隨而來的就是數(shù)據(jù)的傳輸問題，這么大的數(shù)據(jù)量，目前的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，所以無論是哪家的頭盔，都要拖著長長的數(shù)據(jù)線。

當(dāng)然你會說，建筑業(yè)不像游戲業(yè)，不需要那么真實炫酷的體驗，運算量低點，分辨率粗糙點也沒關(guān)系。

確實如此，即便是比較粗糙的VR技術(shù)，帶來的沉浸感，也足夠用戶對建筑進行空間體驗，這也是為什么VR在游戲業(yè)成長放緩，而在建筑業(yè)卻不斷升溫的原因。

咱們這個行業(yè)吧，對科技確實是更能湊合一些。

不過話說回來，低分辨率帶來的不適感也確實存在，VR設(shè)備本來就會讓人產(chǎn)生暈動癥——也就是圖像變了，身體沒動，大腦就會本能的產(chǎn)生眩暈，而更低的分辨率則會加劇這種眩暈感。

圖像運算和數(shù)據(jù)傳輸這兩點技術(shù)障礙，會隨著硬件的迭代更新而得到解決，目前VR的發(fā)展進入了瓶頸，但未來更快、更小的移動顯卡，和5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的到來，都會讓VR再度迎來爆發(fā)期。

下面咱們說說增強現(xiàn)實，Augmented Reality。

很多人把增強現(xiàn)實理解為「效果更好的虛擬現(xiàn)實」，這完全是錯的。它并不是虛擬現(xiàn)實的升級版，這兩者誕生和發(fā)展也是完全獨立的。

增強現(xiàn)實技術(shù)就是字面上的意思，用虛擬的東西把現(xiàn)實增強。

咱們舉兩個例子。

2016年，日本任天堂公司推出了一款風(fēng)靡全球的手機游戲，叫 pokemon go。

玩這個游戲的時候，你舉起手機打開攝像頭，就可以在真實的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)寵物小精靈，可以抓捕它們或者進行戰(zhàn)斗。這些小精靈不是簡單的顯示在畫面里，而是會根據(jù)現(xiàn)實場景來改變它們的位置。

下一個例子更加常見，就是目前市場上流行的一些增強拍攝的相機app，比如激萌相機，它可以識別相機中的人物，給人像加上兔子耳朵啊，紅臉蛋啊這些東西，還能跟著人臉運動，這也是典型的AR技術(shù)。

和虛擬現(xiàn)實做個對比，VR就是創(chuàng)造一個完全取代現(xiàn)實的世界，讓人感覺「我怎么在這里？」，AR則是在現(xiàn)實世界的圖像中疊加一些東西，讓人感覺「哎？這里多了個本來不存在的東西」。

從技術(shù)層面來說，增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實的差別很大。

虛擬現(xiàn)實的核心技術(shù)基本都集中在計算機圖形領(lǐng)域，需要解決的是圖像運算問題，和硬件設(shè)備性能的問題。

而增強現(xiàn)實的核心技術(shù)在環(huán)境識別領(lǐng)域，也就是程序怎么知道攝像頭正在拍攝的東西是一張人臉還是一棵樹，此外還需要一套算法來把虛擬的物體顯示在該呆的地方。

在算法功能上，增強現(xiàn)實比虛擬現(xiàn)實要難，但反過來對于硬件的需求反倒比虛擬現(xiàn)實要低。因為它只需要運算虛擬部分的物體，而不需要進行整個場景的渲染。

咱們說說AR在建筑業(yè)的應(yīng)用，以及它跟BIM的關(guān)系。

一種比較有價值的應(yīng)用是連接BIM模型與實際現(xiàn)場。

比如項目的土建已經(jīng)施工完成，在安裝機電設(shè)備的過程中，用移動設(shè)備觀看現(xiàn)場，可以把未來需要安裝的機電設(shè)備模型投射到畫面中，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，還可以隨時觀看施工進展是否符合BIM設(shè)計。

再比如改造項目，可以用手機來掃描現(xiàn)場，AR程序能通過投射的方式給你一雙「透視眼」，看到地下和墻壁后面的管道，來進行精確的開挖。當(dāng)然這些投射的模型是BIM提供的。

第二種是對模型信息的投射。

AR可以投射的不僅是圖形，文字和表格信息也不在話下。

它所依賴的設(shè)備也不僅僅是手機或者掌上電腦，像微軟的Hololens、國產(chǎn)的meta 這樣的增強現(xiàn)實眼鏡，都是專門為AR技術(shù)開發(fā)的設(shè)備。

這類頭顯設(shè)備都帶有前置傳感器，可以識別場景和穿戴者的手勢，也可以通過編寫程序，把施工現(xiàn)場的工序做法、施工問題、構(gòu)建屬性等信息投射到眼前，不僅可以用于施工階段，還可以用于后期運維。

在這類應(yīng)用中，BIM模型中的信息就為AR程序的編寫提供了有力的支持。

需要知道的是，這些硬件產(chǎn)品雖然已經(jīng)逐步進入商業(yè)市場，但應(yīng)用層面還不是很成熟。比如對空間的識別精度不夠，對遮擋物的處理能力不足等問題。

不過隨著硬件的計算能力和軟件的更新迭代，這些問題都將逐漸得到解決。

你可能還見過一種AR的應(yīng)用場景，就是用攝像頭對著一張平面圖紙，可以在顯示器上看到圖紙中的建筑變成了3D，還能隨著圖紙的位置變化進行旋轉(zhuǎn)。

雖然看起來比較炫酷，但除了帶來感官上的新意，實際生產(chǎn)力可能還比不上一段普通的施工模擬動畫。

你可別覺得這是建筑業(yè)中才有的黑科技，實際上這種小品級的技術(shù)很普遍，不信你在淘寶搜索「兒童AR動物卡片」，幾十塊錢就能享受類似的AR技術(shù)，還包郵哦。

最后咱們來說說混合現(xiàn)實， Mixed Reality。

MR的概念最早進入大眾的視野，是一段網(wǎng)上瘋傳的視頻，叫做「谷歌黑科技全息投影裸眼3D」，展示了一只鯨魚的全息影像投射在體育館里的情景。

視頻來自于谷歌投資的Magic Leap，這家公司把它的技術(shù)定義為混合現(xiàn)實。在它出現(xiàn)后不久，前面說到的微軟Hololens也把自己從增強現(xiàn)實設(shè)備改名為混合現(xiàn)實設(shè)備。

后來，這段視頻被證明只是Magic Leap的概念宣傳，它的技術(shù)也根本不是國內(nèi)理解的全息投影裸眼3D，而是需要佩戴相應(yīng)的設(shè)備才能實現(xiàn)。

從這段視頻中的鯨魚身上，你能看出混合現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的區(qū)別嗎？

咱們先換一個你更熟知的公司，來說明混合現(xiàn)實。

2017年6月6日，蘋果公司召開了全球開發(fā)者大會，推出了新的增強現(xiàn)實平臺，名叫 ARkit。

大會上展示的內(nèi)容也比較簡單明了，就是你用蘋果手機的對準(zhǔn)一張什么都沒有的桌子，到了手機里卻會現(xiàn)實桌子上多了茶杯和臺燈等物體。

很多人覺得這跟增強現(xiàn)實相機沒區(qū)別嘛，蘋果自己也是低調(diào)的把這個技術(shù)稱作增強現(xiàn)實。

但是會后卻有人評價，蘋果將開啟混合現(xiàn)實技術(shù)的新時代，這是為什么呢？

原來是有細(xì)心人發(fā)現(xiàn)，在蘋果的增強現(xiàn)實程序里，桌子上虛擬的茶杯和臺燈，都是有投影的，而且當(dāng)你移動這些虛擬物品的時候，它們的投影也會隨之改變方向。

這就要求程序把攝像頭中的桌面進行三維建模計算，才能知道畫面中哪個地方是桌面，角度是多少，怎樣投影才是正確的。

再反觀一般的增強現(xiàn)實程序，都做不到「虛擬物品在真實物品上投影」。

咱們再回來看看那個體育館里飛起鯨魚的視頻，你會注意到，鯨魚飛行的軌跡，和它濺起的浪花，在體育館這個場景里是由遠(yuǎn)至近三維展示的，而不是簡單的覆蓋在現(xiàn)實圖像之上；鯨魚在沉入水底的時候也是準(zhǔn)確的在地面的位置沉下去，而不是在半空中消失；最重要的是，在視頻的最后，鯨魚還會被離鏡頭最近的現(xiàn)場觀眾遮擋。

如果只是把畫面投射在圖像的最頂層，是絕做不到這一點的。

咱們通過這張圖來說清楚VR、AR和MR的區(qū)別。

?虛擬現(xiàn)實VR，是創(chuàng)造了一整個虛擬世界，把你和現(xiàn)實世界隔離開。核心問題是圖形計算和沉浸感。

?增強現(xiàn)實AR，是把虛擬事物疊加到現(xiàn)實世界圖像的最頂層。核心問題是圖像識別和跟蹤。

?混合現(xiàn)實MR，是把虛擬物體和現(xiàn)實物體都進行再次計算，把它們混合到一起，難分彼此。核心問題是對現(xiàn)實世界的3D掃描，以及遠(yuǎn)近空間的感知。

再舉一個例子你就更明白了：

如果AR技術(shù)顯示墻上有一個鐘表，你肯定是能分辨出那是設(shè)備投射出來的；而通過MR系統(tǒng)投射的虛擬鐘表，無論你怎么動，它都會待在固定的位置，隨著你的旋轉(zhuǎn)可以看到它不同的角度，還會投射影子到墻上，就好像那里本來就有一個真正的鐘表一樣。

MR技術(shù)所需要解決的技術(shù)問題比前兩種技術(shù)更多，難度更高；要達(dá)成「讓人區(qū)分不出虛擬和現(xiàn)實」的境界，它需要的計算量比VR技術(shù)也要高得多。

目前混合現(xiàn)實還沒有成熟推向市場的硬件設(shè)備，軟件應(yīng)用也是在理論階段。具體到建筑行業(yè)，成熟的應(yīng)用就更沒有了。

如果過一陣子AR不那么火了，建筑業(yè)又有人站出來和你說，他正在成熟的運用MR技術(shù)，那八成是來忽悠你的。

不過事情可能會有轉(zhuǎn)機，剛剛咱們之所以說，蘋果公司開啟了混合現(xiàn)實技術(shù)的新時代，恰恰是因為它推出的ARkit，很可能讓技術(shù)發(fā)展跳過AR時代，直接進入MR時代。

?一是因為蘋果將底層技術(shù)的開發(fā)全部包攬，全球的開發(fā)者不需要從零開始進行MR技術(shù)的開發(fā)，只要在IOS平臺開發(fā)產(chǎn)品級的應(yīng)用就可以了；

?二是蘋果公司龐大的用戶和開發(fā)者群體，將會讓MR應(yīng)用的開發(fā)進程以指數(shù)級的速度產(chǎn)生飛躍。

另外，擅長發(fā)明黑科技的索尼公司發(fā)布的手機 XZ1，就配備了混合現(xiàn)實所需要3D掃描的技術(shù)，可以通過手機攝像頭直接給物體進行三維建模。

當(dāng)然，目前手機上的混合現(xiàn)實應(yīng)用還遠(yuǎn)達(dá)不到「以假亂真」的地步，但在一些專業(yè)領(lǐng)域，比如工業(yè)和建筑業(yè)，不像游戲業(yè)那樣對仿真度有那么高的需求，只要能解決問題，一些畫面相對粗糙的MR應(yīng)用就會給行業(yè)帶來很大的價值，也不需要像VR領(lǐng)域那樣需要等待下一輪硬件革命的到來。

所以有人預(yù)測，專業(yè)領(lǐng)域的混合現(xiàn)實技術(shù)即將進入一個飛速發(fā)展期，搶在虛擬現(xiàn)實技術(shù)之前達(dá)到普及。關(guān)于這一點，我們拭目以待。

最后開開想說的是，今天聊的這幾項技術(shù)，每一項都會給各個行業(yè)帶來非常廣闊的商業(yè)市場，建筑業(yè)是這個市場的一小塊，BIM只是在這個細(xì)分市場里為它們提供底層數(shù)據(jù)的工具。相比之下，它們確實不在一個量級上。

不過對于工程建筑行業(yè)的人來說，離這些尖端技術(shù)最近的領(lǐng)域，也確實就是BIM了，在未來，能夠找到BIM與它們的結(jié)合點的人，無疑將會是行業(yè)內(nèi)不可多得的人才。

這片廣闊的天地，也許就留給此刻的你呢！

好了，今天的內(nèi)容希望能給你一些參考，有態(tài)度，有深度，BIMBOX，咱們下次見！