来要：第三维度
    作者：倪诚

    应盛宗的邀请写一个介绍虚拟现实产业的分析，选了这个题目实际上超出了我个人的能力，如果能再有几年从业经验做这样的分析可能更合适。我尽自己的了解写，希望能抛砖引玉，也想借此理清自己的思路。一孔之见，欢迎批评、指正。

    1. 虚拟现实技术简介和分类

    虚拟现实技术以计算机设备产生真实环境的效果，涵盖的范围非常广，因此在不同的背景下人们对它的理解也很不一样。比较权威的定义是由 Burdea 和 Coiffet 在所著的《虚拟现实技术》一书中给出的，其中提出的 i3 得到了广泛的接受。下图中列出了 i3相关的技术点：

    需要强调一下的是在德国虚拟现实（VR）和三维（3d）是分开的概念，界限主要是看他支不支持实物比例的立体视觉以及实时渲染高精度模型。不过，这一界限在有些情况下也很难应用，比如力反馈设备、声音模拟设备等，超出了视觉范畴而又属于虚拟现实技术的一部分。又如 Web3D 现在不属于虚拟现实，但是基于普通台式机的立体视觉已经可以实现（比如 Nvidia 的 3d Vision），随着渲染技术的不断提高，将来他们之间的界限可能会越来越模糊。

    为方便介绍和分析，将虚拟现实的应用领域分为两大类：

    • 虚拟非现实环境：主要用于科学领域，将不可见的存在可视化，比如原子结构等

    • 虚拟理论上可实现的环境或物体：范围很广，比如地理、城规、场景、机械试切、车体等

    第一类产业化难度很高，因为科学领域可视化的软件通常是跟着项目走，应用范围窄，所以很难形成产品。第二类又可以按照使用目的可以继续细分为三种情况：

 • 虚拟结果严格符合物理规律：例如机械试切、人体工程学测试等

 • 虚拟结果近似实际效果：例如产品演示、房产演示、地理展示

 • 虚拟结果不必符合物里规律：游戏、电影

    2. 德国虚拟现实技术的产业化

    德国在虚拟现实方面的科研力量并不比美国强，但是在产业化，特别是软件产业化方面做得比美国好。这很大程度上得益于德国的汽车工业。因为德国汽车一直处于该行业的高端，所以非常重视对新技术的投入，他们的需求使得德国虚拟现实软件很块地从科研机构的虚拟现实中心走出来，变成了商业产品，经过实际应用不断改进成熟。

    当这个领域在多个点的技术突破和软件成熟度结合起来，使得它能切实有效率地替代工业流程中的一小段传统工艺，一个新兴产业就确立了。

    我所了解在虚拟现实领域已经完成这种替代的有两个流程：一个是机械制造的 Mockup，这要求虚拟现实软件能:

 • 直接读取大部分 CAD 数据格式

 • 实时测试刚体和非刚体的契合和形变

 • 在不需要手动优化的情况下实现实时渲染和互动

 • 在浸入是环境中读取描述性数据

•  随时保存工作进展，输出图像或录像

 • 异地多个浸入试环境的互动等

    在这个领域代表性的公司是 ICIDO（读作 I see I do），它在 2006 年和 2008 年合并了最大的竞争对手 FleXilution 和 VRCOM 之后在德国基本处于垄断地位，客户包括几乎所有德国汽车厂商以及福特、沃尔沃、卡特彼勒、空客和波音（详见该公司网站www.icido.de）。类似的公司有法国的 Immersion 公司。

    另一个流程是介绍产品的宣传展示（Digital Marketing）。这一流程对软件的实时性要求不是很高，可以实时调整视角即可，但是必须要:

 • 达到甚至超过照片级的渲染效果

 • 有效率地为模型设置材质坐标

 • 高动态范围成像和色调映射

 • 照片级的着色器

 • 光线追踪

 • 全景摄影

 • 动态更换材质和各种选项并调试渲染效果使之与实际环境中的效果相符

    • 记录观察路径并输出高质量图像和视频

   这方面代表性的公司是 RTT，它不但赢得了汽车行业的客户如保时捷、宝马、奥迪，还有其他行业如阿迪达斯、三星、Miele 等（见该公司网站 www.rtt.ag）。类似的公司还有 LumoScaphe、PIVR、法国的 OneSia、意大利的 Seac 等。

    还有一个领域——数字化工厂，目前就技术已经比较完备，但是还没有软件能达到工业界需要的成熟度。已有的统计数据表明，如果从工厂建设初期开始引入虚拟现实模型可以降低总体成本 10%左右。因为基建项目基数巨大，所以这方面的技术应该很有潜力。

    3. 虚拟现实行业的产业链

    如果把成熟的虚拟现实软件作为这个产业的主体，那么虚拟现实产业链的上游主要是硬件供应商和渲染器。

    渲染器是虚拟现实软件的核心部分，应用广泛的有 OpenSceneGraph，OpenSG, SceniX(NVSG)等。虚拟现实要求渲染的实时性，一般来说 2 千万面的场景达到每秒 15帧以上，真实感就比较好了。对于追求相片级效果的应用来说，往往是在提高渲染质量的同时把帧数的适当降低，同时剔除和数字模型中和外观效果无关的细节。不过，渲染器的实际效率不仅仅是受到面数的影响，还有很多其他因素。有的渲染器本身的构架适合于互动的场景，有的更注重使用复杂的着色器提高静态场景的渲染质量。

    另外，基于光线追踪和顶点追踪的渲染器也在研发之中，这两种技术的渲染效率理论上与场景的面数无关。虽然这方面的技术还不完全成熟，但是已经有公司推出了基于他们的商业产品。这方面的技术一旦成熟，将会对虚拟现实产业带来全面的影响。一方面应用的范围可以更广泛，另一方面，进入这一行业的门槛将大大降低。

    硬件最核心的是专业显卡，资源集中在 Nvidia 和 ATI(AMD)手中，下游厂商可选择的余地不大。其他硬件设备中产业化程度比较高的是各种形式支持立体视觉效果的投影设备和追踪识别（Tracking）的设备，主要厂商见 Tabelle 1 和 Tabelle 2。

Tabelle 1：显示设备硬件厂商

Tabelle 2: 用户追踪识别设备

    4. 展望

    虚拟现实是新兴的技术，软硬件更新快，科研十分活跃，大部分技术点都可以在公开的博士或硕士论文中找到。

    虚拟现实技术的下游很广范，这也是这个行业吸引人的地方。一个能模拟现实环境的计算机系统所能做得绝不仅仅是替代实体模型和做广告宣传。从众多的单项技术突破中找出一个链条，让它足够成熟，能有效率地代替已有的工艺，就能成功。

    但是又不简单。实时软件需要很高的效率和精度；必须要有连续性的团队才能逐步积累所需的知识；即使所有单项技术都成熟，把它整合为成熟的产品也需要很多投入，不只是资金、人力，还必须需要时间；即使有成熟的产品，最好的技术，也不能保证能在市场上推广。