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VR真实感:如何构建一个真实的VR场景

全文导读

衡量VR系统的关键指标除了良好的沉浸感和人性化的人机交互,还有以假乱真的真实感。VR系统的真实感首先是视觉上的真实感。

衡量VR系统的关键指标除了良好的沉浸感和人性化的人机交互,还有以假乱真的真实感。VR系统的真实感首先是视觉上的真实感。很多小伙伴应该很好奇VR系统是如何制作出来的,如果把VR系统比喻成话剧,那么在演出以前需要做的就是搭建舞台,为了能够搭建出一个好舞台,无数的技术和数据工程师下足了功夫,这一节平叔就介绍一下VR场景的构建。

第一类,最广泛的构建方式–通用建模软件构建

这里不得不提一款伟大的产品3DS Max,目前我们看到的应用场景大多都是用这款软件构建的场景。3DS Max是Autodesk子公司开发的(Auto CAD也是Autodesk开发的),这公司基本把通用2D和3D设计工具垄断了。3DS Max是款功能强大、操作简单(相对于其他很多设计软件)、数据格式兼容性强、效果精美的三维设计工具,在全世界拥有众多使用者,目前已经更新了19个主版本,可谓是成就赫赫。这款软件也有致命的缺点,作为通用建模软件,对于一些规则性很强的行业建模效率就太低了。另外一个弱点是对建模工程师要求很高,尤其是对实时渲染的VR场景来说,要求更高。在建模行业也有很多神一样的大牛,这些大牛的薪水甚至比程序员还高,这些大牛构建出来的场景即精美又数据量小。模型的面数越多越真实,为了更加真实很多美工做的模型动辄几万个面,这就是为什么装修效果图一张需要花几个小时渲染,原因就是三角面太多,数据量太大。这样的模型数据在实时渲染的VR系统中是无法使用的,所以VR系统的场景构建有一套严格的数据生产流程,这套流程的终极目标就是追求数据量和效果间最完美的平衡点。平叔的团队关于这方面专门制定了非常详细的《数据采集规范》和《模型制作规范》。

第二类,最有针对性构建方式–专业软件工具构建

这类软件都是针对某一项业务进行专业建模,比如针对建筑行业的三维建模软件:草图大师、PKPM等;针对工业领域的:PDMS,SP3D,AutoPLANT Piping等;针对家装行业的:酷家乐、指挥家、打扮家等;针对影视行业的:Maya、Poser(动物和人体建模)等。还有很多公司自己开发场景构建工具满足特殊场景构建,比如很多游戏公司都会开发地图编辑器。

 

这些软件工具都是深耕某一行业,在设计工具中往往带有具体的业务算法和属性信息,针对于该领域构建场景的效率比通用建模工具要高效得多。这类工具的使用者一般都是行业的设计师,构建的模型是为具体的业务服务,所以数据格式不开放,其他使用者无法复用。这里举一个简单的例子,也是平叔曾经努力希望解决的一个痛点,目前的建筑行业三维设计已经很普遍了,也就是说只要设计院将他们的三维设计数据交给施工方、业主、物业公司、装修公司、中介公司等,这些公司其实没必要再绘制平面布局图、户型图,可以直接用,但是由于设计软件的格式不开放,导致后续的这些公司全部都得重新电子化一遍,这么做显然是重复劳动没有意义。

第三类,最精确构建方式–三维激光扫描

三维激光扫描技术发展二十多年了,目前已经发展到第三代产品,技术和解决方案都非常成熟。从杯子大小的物件到整个城市都有成熟的解决方案,扫描设备被架设到飞机、汽车、火车、自行车上,现在手持设备也很普遍。三维激光扫描建模技术具有速度快、精度高、成本低、不接触等众多优点,但是也有一个致命的弱点,数据量特别巨大。三维激光扫描出来的数据叫做点云数据,目前第三代扫描设备可以达到0.1mm的精度级别,也就是说一平方米的面积扫描出来的点10000*10000=1亿个,如果扫描一栋大楼这个数据量就可想而知有多大了,点云数据通常都是以T为单位的,这样的数据量很难在VR系统中运行起来,所以一般的三维扫描仪厂商除了设备以为,还会有点云数据处理软件,这类软件主要功能就是通过图像算法降低点云数据的数据量,还有一些智能识别功能,将常见的电缆、管道等对象识别成一个整体对象,一般来说这类的软件识别过程都需要人工辅助干预才能够形成可以使用的场景数据。对大场景的扫描建模还有一个缺点就是对操作人员要求比较高,一般都需要和全站仪之类的测绘设备配合使用。

第四类,最真实场景构建方式–全景拍摄

全景拍摄是目前虚拟场景构建成本最低的方式,也是VR视频拍摄方式,尤其在AV行业目前进展神速,很多人说VR能不能快速普及就看这类应用成长的速度了。全景拍摄会在VR旅游、VR影视、VR直播率先爆发,这块的技术门槛比其他场景构建方式都低,设备成本也不高,相信很快就会有这类公司受到资本青睐率先走向大众。目前这块的发展非常迅猛,也很乱,拍摄没有标准格式、制作也没有很强大的编辑软件、播放软件还处于摸索阶段,创业的小伙伴可以多多关注。目前的全景视频还不能算VR视频,真正的VR视频有一条非常重要的原则就是可以移动位置进行观看,这样的镜头叫做时间静止,《黑客帝国》就有一段这样的镜头。

 

大家可以想象一下在看小电影的时候可以趴着看、侧着看、躺着看…,这该是一件多么爽的事情啊!全景视频有一个发展制约因素,就是数据量特别大,这对网络传输和机器性能提出了很高的要求。视频通常没有交互只能观赏,现在有一些公司在VR视频中增加互动环节,将虚拟对象和全景视频进行结合,比如,在以原始森林为背景的全景视频中加入三维的动物,动物的行为可以进行交互,这样的技术会率先在主题公园类的场景得到应用。

第五类,最高效场景构建方式–拍摄建模

这是目前最火的建模方式。最近京东搞了一个“天工计划”,这个计划的目的是如何解决商品快速建模,VR购物是以后的大趋势,想要实现VR购物首先要解决海量商品的快速建模。去年淘宝发了一个VR购物的宣传片,当时说16年7月系统上线,平叔第一反应是马云太牛了,淘宝的技术秒杀亚马逊啊,前几年还是科幻构想的购物场景居然被马云悄悄搞成了!后来仔细一思考这不可能啊,目前的技术根本达不到啊,后来我们果然被马云涮了。

 

京东的“天工计划”是真正落实VR购物的动作,获奖厂商有好几个是拍摄建模厂商,拍摄建模具有成本低、效果好、速度快、操作简单、数据量小等诸多特点。据说参加“天工计划”的一家以色列厂商能够仅凭商品的前后两张照片就可以实现商品毫米级别的建模,这样的设备太方便了,普通商户自己就可以完成商品的三维建模工作。本月有几个拿到投资的VR创业公司也都是此类方向的创业公司,这也从另一方面也印证了京东的眼光的确很独到。这块的确是VR应用的基石,是当前急需公关的技术难关,相信还会有更多此类创业公司获得资本青睐。拍摄建模的内容很多,平叔会在下一章节作为专题介绍,内容包括:拍摄建模的基本原理、热点领域、代表厂商、典型产品,这里就不在赘述了。

第六类,未来场景构建方式–用VR构建VR场景

目前各种场景构建技术,绝大多数都是对真实对象进行三维重建,但是在VR世界里更多的情况是场景不是真实存在的,比如游戏、电影,目前这样的场景基本都是用软件工具设计出来的,设计的流程大概是:创意、手绘草图、三维建模、渲染、讨论、修改、渲染。。。这样的设计方法显然效率很低,最好的工作方式是在虚拟的世界中的所见即所得的完成场景构建工作,构建完成后的场景无需渲染、数据转换和压缩直接在应用系统中使用。在VR系统中构建VR场景这项工作一开始就受到了各大公司的关注,Vive消费版发布的时候,典型应用HTC列举了三个,其中就有Google的Tilt Brush,这款软件被大家称为VR世界的PS。在Google推出VR绘图软件之后,Until、UE4纷纷推出自己的VR场景构建工具,很多专注于此类应用的初创公司也获得了资本的青睐。平叔相信在未来将有众多这类应用诞生,很多传统设计软件巨头公司会被颠覆。很遗憾平叔还没有查到国内有关此类应用的公司。我国在场景构建类领域非常落后,不论是通用设计软件还是工业设计软件没有可以和欧美公司PK的产品,进口依赖程度非常高。三维设计软件在欧美发达国家研发历史超过了四十年,刚提出来计算机图形技术人家就开始研究和实践,加上这么多年不断迭代发展,技术差距越来越大,我们想山寨都没机会。因为设计工具的专业性和严谨性,设计师通常不敢使用还不太成熟的软件工具进行设计,国内的此类公司连试错的机会都没有。现阶段VR设计工具刚刚起步,虽然欧美公司有些积累,但是毕竟都是从头开始,大家的差距不大,用户习惯和群体也是从零开始,大家都有机会。有立志今后做出来Autodesk(3Ds Max、Maya)、Adobe(PS)、google sketchup、AVEVA(PDMS)等软件的小伙伴,现在奋起直追还来的及。以上就是现阶段场景构建的六种方式,这几类方式在未来会长时间并存和发展,有些方式会消亡,有些方式会得到广泛应用。平叔在这里畅想一下未来场景构建应该是什么样。未来VR设计软件将会大规模普及,工业领域所有的产品进行VR设计将会是标配,产品生产前三维数据将会被用于广告宣传、外观专利申请,样品将会采用3D打印进行生产,消费者看到的商品信息将会是立体的。在建筑领域,大楼的设计、景观造型、装修全部采用VR设计,设计公司完成设计后会将大楼的设计数据共享给建筑公司、装修公司、销售公司、政府等,相关人员可以VR系统获得房屋的外观和内部信息。在游戏和电影领域,大量的战争场景、古代宫殿会采用VR手段进行构建和使用。其他的应用还有很多很多,看到这里大家应该能够感受到VR带来的变革力量,这也是平叔如此看好VR前景的原因之一。

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