美海军研发虚拟实境 热门显示技术解析

美海军研发虚拟实境 热门显示技术解析

近日作者看到一则报道，声称美国海军（NAVY）正在利用虚拟实境技术构建下一代战舰的人机交互模式，据悉，一旦这种技术得以实现，美军未来战舰的指挥人员可以通过实时的三维态势感知系统及时了解战舰周围的情况，或者和战舰的设计者面对面实时了解战舰的修复细节，即便设计者远在千里之外。

据悉，美国海军的一个Swampworks工作室和南加州大学的创新技术研究院共同成立了一个名为BlueShark的联合实验室，为的是服务于未来十年内无法实现的技术的开发，从而让海军有机会提前进行全新交互界面的开发。例如被人们寄予厚望的全息显示技术至今仍没有能够投入实用，目前使用的虚拟实境头戴显示器就是为了模拟这些难以实现的环境。

下图中，海军陆战队员正在操纵一架虚拟的无人机飞过一个兴趣点上空，同时凝视着自己的头戴显示器并使用着一个真实的触摸屏。海军希望通过类似的方法弄清楚未来15年内，海军的水手们可能面临怎样的情况。

美海军技术人员正在显示屏上利用虚拟实境技术模拟（图片来源：爱活网） 这种美国大片中我们经常能够一饱眼福的技术以前只是存在于科幻大片中，但是它走入现实中机会被大大的提高了。通过这一点，我们也想对目前还没有很好实现，但是却备受期待的一些具有未来感的显示技术做个浅显的解析。这样，当我们大年三十晚上吃着年夜饭，看着央视春晚就可以开心的吐槽了，毕竟央视舞台上的各种显示技术也是很高端。

其实，不仅是军队，包括微软、英特尔、谷歌等在内的科技公司，都对虚拟实境、增强现实、全息显示等非常痴迷，并孜孜不倦的研发使其尽快走入现实。这里，Google Glass可以说是首款真正意义上实现增强现实技术的硬件设备。

名词解析：虚拟实境

我们上文介绍的虚拟实境（又称虚拟现实，Virtual Reality，简称VR）技术是由“虚拟实境之父”米隆·克鲁格于1970年提出的。它是一种运用计算机仿真科技产生一个三度空间的虚拟世界，可以提供使用者如同真实世界中关于视觉、听觉、触觉的模拟，使用者可以和这个空间的事物进行互动，可以随自己的意志移动，并具有融入感与参与感。

实验人员正在充当虚拟军舰的舵手（图片来源：爱活网）

实验人员正在充当虚拟军舰的舵手（图片来源：爱活网） 虚拟实境的基本原理是利用计算机与其他特殊硬设备（如显像式头盔、3D音响、力回馈游戏装置等）及信息软件仿真三度空间环境，让使用者在此虚拟世界与计算机互动，借由特殊的使用者接口让人进入该世界而自由控制，其最大特点在于能让使用者有身临其境的感觉，即使这个计算机所产生的虚拟世界在现实中并不存在。

测试人员头上的Wide5 HMD头戴式显示器，拥有广达140度的视野（图片来源：爱活网） 正如前文所说的美国海军的操作人员头上戴着一套Wide5 HMD头戴式显示器，然后通过手背上佩戴的LED指示系统准确跟踪用户的手部轨迹，从而把整个桌面变成一个巨大的触摸屏模拟现实中的操作。

名词解析：增强现实

增强现实（Augmented Reality，简称AR），是在虚拟现实（VR）的基础上发展起来的新技术，也被称之为混合现实。它通过计算机系统提供的信息把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等)，通过科学技术模拟仿真后再叠加到现实世界被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

美剧中增强现实技术画面 增强现实技术的优势很明显，应用前景很广阔，可以在尖端武器/飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐与艺术等领域具有广泛的应用。而且由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性，在医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域，具有比VR技术更加明显的优势。

增强现实技术的实践者：Google Glass 增强现实技术的实现方式是以透过式头盔显示系统和注册（AR系统中用户观察点和计算机生成的虚拟物体的定位）系统相结合。

增强现实系统具有三个突出的特点：

1.真实世界和虚拟世界的信息集成；

2.具有实时交互性；

3.在三维尺度空间中增添定位虚拟物体。

名词解析：全息显示

全息显示技术是一种考虑了人眼对物体深度感知在生理上的心理暗示因素、在立体三维图像上无限接近于物体自身的显示技术，我们上文讲到的虚拟实境和增强现实都是在无法实现全息显示技术所采取的折中解决方案。

全息显示技术（图片来源：爱活网） 全息显示的基本原理是利用光波干涉法同时记录物光波的振幅和相位。当我们观看全息影像是会得到观看原物时完全相同的视觉效果，甚至包括各种位置时差都完全一样。

全息显示的汽车和实物完全一致 其实，早在几年前，苹果酒提交了一份与全息显示相关的技术专利申请。苹果公司表示这种被命名为“三维显示系统”的专利技术，允许用户根据自己的要求调节每个画面的位置，同时享受到在动态环境中观赏3D画面的全新体验。此外，定位跟踪和位置响应图像的调整使用户能够真正地体验全息视觉。

当然，目前我们依然不知道这种全息显示技术在苹果的研发进程中表现如何。但是我们可以了解一下全息显示成像的几种方式，其中包括透射式、反射式、像面式、彩虹式、合成式、模压式等。

超臣总结：

无论是虚拟实境、增强现实还是全息显示，看起来离我们如此遥远却又如此之近，同样，它们也让我们感到各种不明觉厉。但是，随着技术的进步和发展，这些技术终将走入我们的生活，渗透世界的角角落落。正如两百年前我们还没有飞机，而现在我们已经离不开这种交通工具，甚至诸如好奇号等飞行器已经飞到了外太空探索宇宙的秘密。而我们目前能做的，就是静静的等待科技给我们带来改变。

延伸阅读：透明显示

尽管我们在好莱坞科幻大片中经常见到各种透明显示技术，各种不明觉厉。但是，正是这种想象给了我们现实生活提供了指导意义。三星就为了让它成为现实，在绞尽脑汁研发这种透明显示技术，并且貌似还真的成功了。

三星申请的全透明显示专利技术（图片来源：Patent Bolt） 据悉，三星提交的一份专利申请中，就对透明手机屏幕提供了一份全新的解决方案：正反两面均可触摸的全透明屏幕，并对如何触控操作提供了说明，可以在不影响用户视线的情况下打开应用或者是控制视频播放。

在三星的介绍的演示中，这种全透明手机可以在正反两面实现各自不同的操作，比如触摸背部可打开文件列表中的其中一个文件夹，并实现内容预览功能；还允许更多信息弹出，比如照片、笔记等。而对屏幕前方的操作则如同现在的智能手机能实现的功能，比如打电话、发信息、看视频等功能。

三星申请的全透明显示专利技术（图片来源：Patent Bolt） 这就不可避免的遇到一个问题，那就是手机其它的零部件如何隐藏，让手机看起来整体是透明的呢？这就涉及到机身设计。其关键技术是采用一种可替换玻璃，这种玻璃内含液晶分子，对于内容的显示则是通过电流对分子的刺激来实现，利用导电技术，在看不到线路的环境下，让LED发光；而当手机断电后，分子位置会随机分布，并呈现出乳白色的外观，看上去给人透明的感觉。

备注，该页内容全文参见：《2014手机屏幕两大发展趋势：柔性+透明》