扩展现实的发展史和未来趋势

编辑注：本文最初发布于 2022 年 5 月 20 日，现已更新。

扩展现实技术的进步改变了我们的工作、生活和娱乐方式，而这项技术才刚刚起步。

扩展现实（XR）是虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）等各种新沉浸式技术的统称。

从游戏到虚拟生产再到产品设计，XR 使人们能够在计算机生成的环境中进行空前的创造、协作和探索。

什么是扩展现实？

虚拟现实、增强现实和混合现实都属于 XR 技术。

虚拟现实（VR）将用户带入一个虚拟环境中。VR 用户一般需要戴上头盔才能进入到虚拟世界——前一刻他们还站在现实世界的房间中，下一刻他们就沉浸在一个模拟环境中。

最新的 VR 技术进一步推进了这些界限，使这些环境看起来和表现得更像真实世界，同时还增加了对触觉、听觉和嗅觉等其他感官的支持。

通过 VR，游戏玩家可以获得完全沉浸式的视频游戏体验；设计师和客户可以在施工前审核建筑项目以确定细节；零售商可以在展示实物之前先进行虚拟展示测试。

增强现实（AR）将渲染图像叠加到真实世界中。手机游戏《精灵宝可梦 GO》（Pokémon GO）让玩家在路上闲逛时，可以看到计算机渲染的宝可梦“出现”在草坪和人行道上。这款游戏让 AR 进入到了大众的视野。

AR 图形可以通过手机、平板电脑等设备显示，为用户带来全新的互动体验。例如 AR 可以改进导航功能。相比 2D 地图，AR 可以将方向叠加在驾驶员通过挡风玻璃所看到的道路上，以便驾驶员根据模拟箭头准确转向。

混合现实（MR）将真实世界与渲染图形无缝集成，创造出一个用户可以直接与数字世界和物理世界同时互动的环境。

MR 将真实和虚拟物件融合在一起并在一个显示器中呈现。用户可以通过头戴设备、手机或平板电脑体验 MR 环境，并通过移动数字物件或将数字物件放入物理世界来与之互动。

MR 分为两种类型：

将虚拟物件混合到真实世界中，例如将虚拟物件完美混合到用户通过 VR 头盔中的摄像头所看到的真实世界画面中。

将真实世界中的物件混合到虚拟世界中，例如将摄像头拍到的 VR 玩家视图混合到虚拟世界中，看起来就像是该游戏玩家在虚拟世界中游玩。

扩展现实的发展史

为了解 XR 的发展历程，首先要了解它的起源——VR。

VR 最初被用于在飞行模拟器中训练人员。能源和汽车设计行业也从很早就开始使用 VR。当时的这些 VR 模拟和可视化用例需要大型超级计算机以及专门的空间，包括 powerwalls（一种超高分辨率显示设备）和 VR CAVE（从墙壁到天花板的每个表面都被用于投射 VR 环境的空房间）。

多年来，虚拟现实（VR）对于大多数用户来说价格高昂，难以承受。而小型 VR 生态系统的使用者主要是大型机构和学术研究人员。

但在上一个十年的初期，几项关键的构成技术迎来了转折点，推动了 HTC Vive 和 Oculus Rift 头戴式显示器（HMD）以及 SteamVR runtime 的出现。

如今，普通人可以购买个人 HMD 体验高度沉浸式的内容，而且可以通过个人电脑或工作站的强大 GPU 驱动这些 HMD 和体验。

突然之间，数百万人都可以接触到 VR，一个充满创新和热情的庞大生态系统迅速兴起。

近年来，一体式（AIO）头盔的推出点燃了新一轮的 VR 创新。在此之前，VR 头盔需要与强大的 PC 进行物理连接才能提供完全沉浸式的 VR 体验。由于既没有操作系统，也没有图像计算能力，因此 HMD 无法作为独立的设备运行。

但 AIO 头盔是一个设置简单并且可以随时随地为用户提供完整 VR 体验的专用设备。再加上 VR 流式传输技术方面的创新，用户现在即便在旅途中也能体验强大的 VR 环境。

最新 XR 趋势

高质量的 XR 正变得越来越普及。全世界的消费者正在购买 AIO 获得从沉浸式游戏、远程学习以及虚拟培训等各种 XR 体验。大型企业正在将 XR 加入到他们的工作流程和设计流程中。而随着数字孪生的出现，XR 更是大大改善了设计的实现。

如今的一大趋势是通过 5G 从云端传输 XR 体验，这使 XR 体验不再受到工作站或空间的限制。

由于能够通过 5G 从云端传输，人们可以在任何时间地点使用 XR 设备，并从数据中心获得运行 XR 体验所需的算力。NVIDIA CloudXR 等先进的解决方案正在使这种沉浸式流式传输变得更加普及，让更多 XR 用户可以随时随地体验到高保真环境。

AR 也正变得日益普及。在《精灵宝可梦 GO》家喻户晓之后，AR 又出现在一些以消费者为中心的领域：许多社交媒体平台推出了可以叠加在面部的滤镜；零售企业使用 AR 展示逼真的 3D 产品渲染图，客户可将这些产品放入房间并在任何空间中显示。

此外，建筑、制造、医疗等行业的企业正在使用这些技术大幅改进工作流并创造独特的交互体验。例如，建筑师和设计团队正在将 AR 整合到建筑项目的监控中，这样他们就可以看到现场施工进度，并将其与数字设计进行对比。

尽管 MR 仍是一项较新的技术，但它正在 XR 领域发展壮大。这种趋势体现在许多为 MR 设计的新头显设备的出现上，例如 Varjo XR-3。借助 MR 头显，工程、设计、仿真和研究领域的专业人士可以在现实生活中开发自己的 3D 模型并与之互动。

XR 的未来发展趋势

随着 XR 技术的发展，另一项技术——人工智能（AI）正在引领用户进入到一个新时代。

从为 VR 领域的设计师提供虚拟助手，到引导用户完成 DIY 项目的智能 AR 覆盖层，AI 将在 XR 领域发挥重要的作用。

想象一下，戴着头盔就可以通过自然语言和手势告诉内容要做什么；借助免提和语音驱动的虚拟助手，即使是非专业人士也能创造出令人惊叹的设计、完成极其复杂的项目，并充分利用各种强大应用的功能。

NVIDIA Omniverse 等平台改变了用户创建 3D 仿真和虚拟世界的方式。Omniverse 使全球各地的用户都能够开发和运行数字孪生仿真。借助该平台，用户可以灵活地通过 2D 显示器，或者选择自己喜欢的 XR 体验方式，进入物理精确的全光线追踪虚拟世界，沉浸在庞大的虚拟空间中。

XR 的下一个发展阶段将带来近乎无限的可能性。

什么是空间计算？

与局限于屏幕的传统数字体验不同，空间计算将虚拟元素直接融入物理世界，创造出更加自然、直观的交互。该技术结合了传感器、摄像头和 AI 驱动的软件，能够识别并响应现实世界中的元素，让用户可以像操作实体物品一样与数字对象进行互动。

在 NVIDIA Omniverse 等平台的支持下，空间计算在工业设计、培训、导航和娱乐等多个领域都有广泛的应用。例如，设计师可以使用空间计算技术在真实空间中实现 3D 原型的可视化，现场团队也可以借助该技术，通过增强现实（AR）将指导信息叠加到真实设备上，从而获得更直观的操作指引。

不断发展的空间计算将重塑人们与数字信息的交互方式，使其成为日常物理环境的一部分，并以更实用、更具创意的方式拓展 XR 的可能性。