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在最近幾年里，元宇宙這一概念大火，許多人也發(fā)出了疑惑——我們距離元宇宙究竟還有多遠(yuǎn)的距離？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的回答，我們不妨先從硬件層面入手，聊聊我們可以怎樣進(jìn)入元宇宙。本文作者就從硬件層進(jìn)行了解讀，一起來(lái)看。

如果說(shuō)元宇宙的終點(diǎn)是Z，我們現(xiàn)在可能剛摸到A的門(mén)檻。

咱們不畫(huà)大餅，也不為了騙投資人和股民瞎吹概念，好好地用人話介紹一下到底元宇宙是個(gè)什么東西，以及我們想象中的元宇宙和現(xiàn)階段實(shí)際情況有多大的鴻溝，系列文章將從硬件、軟件、場(chǎng)景與產(chǎn)業(yè)幾個(gè)方面來(lái)解讀元宇宙發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)。

先不妨場(chǎng)景化一點(diǎn)，提個(gè)問(wèn)題——我們?cè)趺床拍苓M(jìn)入元宇宙？這是問(wèn)題是硬件要回答的。從最理想的情況來(lái)看，元宇宙的入口應(yīng)當(dāng)是成熟后輕便、高保真、廉價(jià)的腦機(jī)接口?；氐浆F(xiàn)實(shí)中來(lái)，入口包括了手機(jī)、PC、VR/AR、腦機(jī)接口。不過(guò)在我看來(lái)手機(jī)和PC完完全全是概念碰瓷，我的評(píng)價(jià)是別來(lái)沾邊。至于腦機(jī)接口又太過(guò)遙遠(yuǎn)，因此當(dāng)下最接近元宇宙的入口，就是VR/AR與它的配套設(shè)備。

一、VR

1. 現(xiàn)狀概述：高端VR設(shè)備價(jià)格昂貴且遠(yuǎn)未達(dá)人眼分辨率

如何評(píng)價(jià)目前的硬件水平也就是元宇宙入口建設(shè)？四個(gè)字——勉強(qiáng)能用。元宇宙是需要沉浸感的，視聽(tīng)體驗(yàn)的聽(tīng)覺(jué)很好解決。而視覺(jué)則不然，為了能盡可能地達(dá)到人眼的水平，得付出極大的努力。

VR頭顯清晰度的評(píng)價(jià)指標(biāo)和手機(jī)電視顯示器的有些差異。我們看傳統(tǒng)的顯示設(shè)備，評(píng)價(jià)的指標(biāo)主要就兩個(gè)——尺寸和分辨率。VR的評(píng)價(jià)指標(biāo)則是最看重FOV(視角場(chǎng))以及二者綜合的PPD(角分辨率)，也就是眼睛能看到多少東西以及看得多清晰——最大視角范圍內(nèi)的等效人眼分辨率。

市面上的設(shè)備，清晰度做得怎么樣？個(gè)人使用者可以買(mǎi)到的（含閑魚(yú)渠道）最好的設(shè)備是Varjo VR-3，在視野甜蜜點(diǎn)可以達(dá)到70PPD即人眼分辨率，但價(jià)格也傲視群雄，含稅價(jià)3.5萬(wàn)人民幣。值得注意的是，并非硬件設(shè)備頂配了，就一定能看到非常清晰的畫(huà)面，清晰度也同樣取決于建模的精細(xì)度。

2. 名詞解釋

1）一體機(jī)與PCVR

以是否需要額外的個(gè)人電腦為分界，VR有兩個(gè)派別即一體機(jī)和PCVR（包含PSVR）。下面用一張表來(lái)描述一體機(jī)與PCVR之間的主要區(qū)別。

① 一體機(jī)

一體機(jī)顧名思義，顯示與計(jì)算是一體的，戴在頭上就能使用，無(wú)需再連接別的設(shè)備，在一體機(jī)領(lǐng)域，全球最火的產(chǎn)品是Meta的Oculus Quest 2，銷(xiāo)量接近2000萬(wàn)臺(tái)。而國(guó)內(nèi)VR一體機(jī)賣(mài)得最好的是字節(jié)跳動(dòng)的Pico系列，累計(jì)銷(xiāo)量大概90萬(wàn)。

一體機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是便攜、易上手、操作友好以及便宜一言以蔽之就是門(mén)檻低。相比PCVR搭配定位基站動(dòng)不動(dòng)就需要大幾千元~上萬(wàn)元的價(jià)格，上文所述Quest 2和Pico 4目前價(jià)格都在2000元左右，如果是為了簡(jiǎn)單地體驗(yàn)VR嘗個(gè)新鮮，一體機(jī)可以說(shuō)是所有人的首選。但受限于價(jià)格與重量，一體機(jī)舍棄掉了對(duì)性能的追求，大部分一體機(jī)的芯片都是曉龍XR2，等效于手機(jī)芯片曉龍865的計(jì)算能力，因此有很明顯的性能天花板，無(wú)法體驗(yàn)最前沿的VR內(nèi)容。

② PCVR（不單獨(dú)介紹PSVR）

PCVR需要一臺(tái)個(gè)人電腦來(lái)配合使用，大部分PCVR并不支持裸機(jī)直接游玩。PCVR的性能上限取決于你的個(gè)人電腦的性能上限，因此具有很高的天花板。

一般來(lái)說(shuō)，選擇PCVR的用戶是重度的VR玩家，因?yàn)樾枰朔T多不便（有線、定位基站、電腦輔助、很重）換來(lái)體驗(yàn)上的提升。這里的提升主要指的是更高質(zhì)量的VR軟件方面，例如模擬飛行、模擬駕駛、數(shù)字孿生工廠、高質(zhì)量游戲等。主流的一套PCVR+PC+定位基站的價(jià)格大概1.5萬(wàn)元左右，是一筆非常巨大的投入。

2）關(guān)于PPI，F(xiàn)OV，PPD

① PPI

PPI是”像素每英寸”（Pixels Per Inch）的縮寫(xiě)，是用來(lái)描述顯示設(shè)備像素密度的度量單位。PPI表示在顯示設(shè)備上每英寸的水平和垂直方向上所能顯示的像素?cái)?shù)目。PPI數(shù)值越高，顯示屏幕的像素密度就越高，圖像顯示效果也會(huì)更加清晰和細(xì)膩。

對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)，PPI達(dá)到300即每英寸有300個(gè)像素即達(dá)到人眼分辨率看不出像素點(diǎn)了。但對(duì)于VR來(lái)說(shuō)不行。就像你從遠(yuǎn)處看一塊LED電子大屏，它的像素感不強(qiáng)，但如果走到屏幕下則能看到像素塊。這是因?yàn)樵谀愕囊曇袄铮坑⒋缯紦?jù)視(FOV)的范圍變大了，因此對(duì)每英寸像素密度的要求更高了。

② FOV

FOV是“視野”（Field of View）的縮寫(xiě)，是指在特定觀察條件下，人眼或者攝像機(jī)所能看到的范圍或角度。在VR中，F(xiàn)OV用于描述VR所能夠捕捉到的視野范圍。

FOV通常通過(guò)度數(shù)或者角度來(lái)表示，例如水平FOV、垂直FOV等。較大的FOV意味著可以觀察到更廣闊的區(qū)域，而較小的FOV則意味著視野范圍較窄。

人類(lèi)雙眼最大FOV大致為188度，雙眼重合FOV為124度。如果以此為及格線來(lái)參考，主流的VR設(shè)備大部分沒(méi)有合格，因此在實(shí)際戴上頭體驗(yàn)后，會(huì)感受到視野有黑邊從而折損體驗(yàn)的沉浸感。

③ PPD

PPD（ Pixel Per Degree），即每一度視場(chǎng)角的像素?cái)?shù)。以視網(wǎng)膜屏手機(jī)為例，當(dāng)用戶在40cm左右處使用手機(jī)時(shí)，手機(jī)屏幕在用戶視野中水平所占據(jù)的度數(shù)大約是10度（iPhone4）。而因?yàn)閕Phone4手機(jī)屏幕寬度是 640 個(gè)像素，所以，相當(dāng)于，每一度視場(chǎng)角，被分配了 64 個(gè)像素，即 64PPD，而用戶此時(shí)就是無(wú)法分辨像素顆粒度的狀態(tài)。

對(duì)于VR頭顯來(lái)說(shuō)，由于視場(chǎng)角各異，單純地看屏幕分辨率和PPI并不足以用來(lái)評(píng)判屏幕的清晰度，4k27寸屏幕顯示器在視野中的角度與VR頭顯相比差遠(yuǎn)了。而即使60度FOV的4k分辨率和120度FOV的4K分辨率也完全不可一概而論。例如GOOVIS雖然畫(huà)面很清晰，但是FOV只有65度，所以在宣傳與售賣(mài)上都只說(shuō)自己是巨幕顯示器而非VR。

而相對(duì)應(yīng)的，18PPD等效人眼分辨率720P，27PPD等效人眼分辨率1080P，36PPD等效人眼2K，大致可以做這層換算。而在今年WAIC上，小派科技副總裁李杰也分享了自己的觀點(diǎn)，8K清晰度（110FOV，35PPD，等效人眼2k分辨率）是良好視覺(jué)沉浸體驗(yàn)的起點(diǎn)。

3）各類(lèi)動(dòng)作識(shí)別

Apple將VR這一概念用空間計(jì)算來(lái)詮釋?zhuān)皇菫榱苏莆彰~定義權(quán)，二來(lái)也確實(shí)妙。VR關(guān)于一切動(dòng)作、行為的識(shí)別基礎(chǔ)就在于判斷物體在空間中的位置、用戶在空間中的位置、再細(xì)拆一點(diǎn)即身體、腿部、手部、面部、眼睛在空間中的位置。

為了獲取到各個(gè)維度的空間信息，當(dāng)然需要非常多的攝像頭。攝像頭放在哪里？最符合直覺(jué)的做法是，Outside-in也叫燈塔定位，把定位基站架在客廳就好了，四個(gè)角落里放上兩個(gè)，就能把用戶全覆蓋了。這個(gè)解決方案的優(yōu)點(diǎn)是性能很好，準(zhǔn)確度高，但缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)——需要一個(gè)大客廳，且需要承擔(dān)兩個(gè)定位基站的費(fèi)用。

燈塔定位的方案通常是PCVR所采用的，在一體機(jī)上，則采取Inside-out定位方法，即通過(guò)VR頭顯的攝像頭捕捉周邊環(huán)境并映射到虛擬世界中，同時(shí)用陀螺儀加速計(jì)來(lái)進(jìn)行輔助，這樣就能根據(jù)用戶頭部的傾斜旋轉(zhuǎn)給出對(duì)應(yīng)的虛擬世界定位。例如Quest 2有四顆廣角攝像頭來(lái)識(shí)別環(huán)境，Vison Pro則有著夸張的十二顆攝像頭用來(lái)做一系列的參數(shù)接收。

如果對(duì)精度有更高的要求，可以再額外在身體上佩戴幾個(gè)傳感器。舉個(gè)非常好理解的例子，任天堂的NS Sports的足球游戲中，會(huì)推薦玩家把Joycon手柄綁在腿上，然后做出踢球的動(dòng)作，玩家的角色便能執(zhí)行對(duì)應(yīng)的指令。而為了提高VR的沉浸感以及與其他玩家的交互，一些發(fā)燒友甚至?xí)?gòu)買(mǎi)十來(lái)個(gè)追蹤器綁在身上。

然后再介紹一下手柄和手勢(shì)識(shí)別。VR手柄通常被設(shè)計(jì)成符合握持習(xí)慣的形狀，各個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)著不同的輸入指令以實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬世界的控制，同時(shí)由于外部攝像頭與手柄本身定位系統(tǒng)的反饋，得以讓手柄在虛擬空間中的位置被準(zhǔn)確識(shí)別。手勢(shì)識(shí)別則是通過(guò)攝像機(jī)獲取手部動(dòng)作并對(duì)特定的手勢(shì)添加指定邏輯，例如APPLE VISION PRO中展示的，食指拇指合并觸碰即點(diǎn)擊。

最后還有一環(huán)，就是覆蓋在VR頭顯內(nèi)的面部，能被追蹤識(shí)別么？答案是YES，在VR頭顯對(duì)內(nèi)的一面安裝傳感器就好了，以HP Reverb G2 Ominicept這款頭顯為例，額頭部分有一個(gè)傳感器用來(lái)感應(yīng)心跳，鏡片的周?chē)茄矍蜃粉?，鼻子下面是面部追蹤?？窟@幾個(gè)傳感器就實(shí)現(xiàn)了對(duì)眼動(dòng)、表情和心跳的識(shí)別。

二、萬(wàn)向跑步機(jī)

如果想要自由地把自己的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)到虛擬世界中，要么你有個(gè)巨大無(wú)比的客廳或者主題公園不用擔(dān)心兩眼一黑撞到墻上。要么就需要你妥協(xié)，退而求其次選擇模擬運(yùn)動(dòng)。這就是萬(wàn)向跑步機(jī)解決的需求，萬(wàn)向跑步機(jī)大致有兩種形態(tài)——履帶真實(shí)移動(dòng)和光滑平面原地打滑。

用履帶來(lái)實(shí)現(xiàn)行走、跑步是符合直覺(jué)的，因?yàn)楹推胀ㄅ懿綑C(jī)的。其與普通跑步機(jī)不同的地方在于萬(wàn)向跑步機(jī)可以通過(guò)對(duì)用戶運(yùn)動(dòng)路線的識(shí)別來(lái)控制履帶的反向滾動(dòng)使用戶一直原地跑步/行走。

光滑平面原地打滑的解決方案，則是通過(guò)特制的鞋子和特制的底板的摩擦來(lái)判斷用戶是否運(yùn)動(dòng)以及在往哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，這種做法拋棄了履帶，所需要的空間相對(duì)較小，但行走的不自然感也相對(duì)較強(qiáng)（更像是蹭著走路）。這種解決方案里，機(jī)器往往長(zhǎng)下面這樣。

另外還有個(gè)試驗(yàn)性的解決方案，即只穿鞋子，當(dāng)向前走時(shí)，位于每只靴子底部的電動(dòng)輪子會(huì)巧妙地將穿著者重新定位到原來(lái)的起始位置。這種解決方案的妙處在于無(wú)需大的空間與復(fù)雜的準(zhǔn)備工作，但相對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)性（滑倒）以及沉浸感會(huì)下降。

雖然后續(xù)階段的萬(wàn)向跑步機(jī)都朝著小空間方向努力，但是跑步體驗(yàn)仍然是第1階段的跑步機(jī)最流暢，如何克服空間與動(dòng)作流暢的矛盾，應(yīng)該是萬(wàn)向跑步機(jī)發(fā)展的方向。

三、腦機(jī)接口

腦機(jī)接口聽(tīng)上去是個(gè)很科幻的事，但實(shí)際上已經(jīng)發(fā)展非常長(zhǎng)一段時(shí)間了，但由于安全、道德、商業(yè)化難的問(wèn)題，成果并不怎么驚訝到被大眾所知。話說(shuō)回來(lái)，腦機(jī)接口分為侵入式、非侵入式、部分侵入式三種模式。侵入式腦機(jī)接口接收的信號(hào)來(lái)源于顱內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)，有創(chuàng)；非侵入式接口信號(hào)來(lái)自于頭皮，信號(hào)弱，無(wú)創(chuàng)。

先不論原理，來(lái)看看腦機(jī)接口近些年較為代表性的例子，一覽目前的發(fā)展階段：

• 2016年10月，美國(guó)匹茲堡大學(xué)教授Andrew B.Schwartz使用皮層微電刺激技術(shù)實(shí)現(xiàn)手部觸覺(jué)重建；
• 2019年4月，加州理工教授Richard A.Andersen在病人后頂葉皮層植入電極，實(shí)現(xiàn)意念控制機(jī)械手完成喝啤酒；
• 2019年10月，法國(guó)格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)教授Alim-louis Benabid采用硬膜外皮質(zhì)腦電與無(wú)線傳輸，成功實(shí)現(xiàn)癱瘓病人外骨骼操控，實(shí)現(xiàn)緩慢行走與暫停；
• 2020年12月，約翰霍普金斯大學(xué)通過(guò)將六個(gè)微電極植入左右腦區(qū)，首次實(shí)現(xiàn)腦控一雙機(jī)械臂完成切蛋糕與吃蛋糕等復(fù)雜任務(wù)；
• 2021 年 4 月，Neuralink 在猴子大腦中成功植入腦機(jī)接口，并演示了玩乒乓球電子游戲等操作；
• 2021年/2023年，斯坦福發(fā)表文章報(bào)道漸凍癥患者想象說(shuō)話，系統(tǒng)逐個(gè)輸出想說(shuō)單詞的工作。

從上面舉的幾個(gè)例子里不難看出，現(xiàn)階段腦機(jī)接口應(yīng)用集中在醫(yī)療層面，主要是通過(guò)與神經(jīng)信息的互動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的治療。盡管馬斯克在2021年12月采訪中就大放厥詞“高階的neural link將實(shí)現(xiàn)真正的虛擬現(xiàn)實(shí)”，但是通過(guò)腦機(jī)接口電信號(hào)模擬五感，以及使用意念操控虛擬世界這事看上去依舊是遙遙無(wú)期。

參考資料：

[1]bilibili.我搞了一臺(tái)三體電視劇同款VR裝備，聊聊我的體驗(yàn)和分析.https://www.bilibili.com/video/BV1QM411w7h4/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=7a0c3cb7c43c2f8e17e7b6d6a307bf01

[2]企鵝號(hào).Quest系列VR頭顯銷(xiāo)量近2000萬(wàn)，Quest 2銷(xiāo)量超1800萬(wàn).https://cloud.tencent.com/developer/news/1016586

[3]百家號(hào). VR中的視場(chǎng)角FOV到底是什么？今天帶你看懂它 .https://baijiahao.baidu.com/s?id=1760247968717626323&wfr=spider&for=pc

[4]知乎.聊一聊VR虛擬現(xiàn)實(shí)（八）：VR視頻的清晰度.https://zhuanlan.zhihu.com/p/78704932

[5]新浪新聞.馬斯克的腦機(jī)接口公司Neuralink獲準(zhǔn)啟動(dòng)人體臨床試驗(yàn).https://finance.sina.com.cn/stock/usstock/c/2023-05-26/doc-imyvaceh4814184.shtml

[6]智東西.腦機(jī)接口深度報(bào)告！四大關(guān)鍵技術(shù)讓科幻走進(jìn)現(xiàn)實(shí) | 智東西內(nèi)參.https://zhidx.com/p/355907.html

[7]新浪新聞.估值50億美元，馬斯克又一家公司火了！腦機(jī)接口將成下一個(gè)風(fēng)口？.https://finance.sina.cn/tech/csj/2023-06-14/detail-imyxfafp4013077.d.html?vt=4&pos=108

[8]Infinadeck官網(wǎng).https://www.infinadeck.com/

[9]KAT官網(wǎng).https://www.katvr.com/

[10]PAOKA科普貼.VR/AR頭顯的PPD是什么意思?和PPI有什么區(qū)別？.https://m.paoka.com/info/478

[11]百家號(hào).Valve一體機(jī)將至，基站定位會(huì)被淘汰嗎？.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1713672955921899883&wfr=spider&for=pc

[12]惠普官網(wǎng).https://www.hp.com/us-en/vr/reverb-g2-vr-headset-omnicept-edition.html#tab=getstarted