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AR/VR

欧洲科学院院士、奥地利国家科学院院士维尔纳•普卡特霍夫:VR是内容可视化有效途径,显著提高效率

由工业和信息化部、江西省人民政府共同主办的2020世界VR产业大会云峰会于10月19—20日在南昌举行。本次大会采取线上线下同步办会、国际国内同时设置会场的形式召开。会上,欧洲科学院院士、奥地利国家科学院院士Werner Purgathofer(维尔纳·普卡特霍夫)带来了精彩的全息演讲,他在题为“VR与工业中的可视化”主题演讲中表示 , VR是内容可视化的有效形式,可以为人类提供多方面助力。

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维尔纳·普卡特霍夫是奥地利VRVis国家虚拟现实可视计算高新技术研究中心理事长兼首席科学家,维也纳技术大学计算机科学正教授、计算机图形和算法学院院长,欧洲计算机图形学会前主席,2021年欧洲计算机图形学会大会主席,荣获欧洲计算机图形学会金质奖章及杰出贡献奖。

VR/AR是内容可视化的有效形式

维尔纳·普卡特霍夫说,人类的视觉非常强大,大脑可以看到持续13毫秒的图像。我们的眼睛每小时可以记录36000条视觉信息。我们可以在不到十分之一秒的时间内感受到视觉场景。传输到大脑的信息有80%到90%是视觉的,视觉图像在大脑中的处理速度比文本快6万倍。基于这些观察,我们可以争论为什么虚拟现实和增强现实将变得更加重要。

虚拟和增强现实是人类可视化内容的有效形式,它们身临其境、立体感强、交互性强、自然易学。但为什么现在还没有大规模应用?仅仅是因为技术还没有准备好,还有太多的不足之处。

可视化是现代计算机科学的一项基础性的支柱工作,80%到90%的输入图像主要做使信息更人性化的事情 ,这也占据着通信中最大的带宽。俗话说,一张图片胜过千言万语,信息的可视化汇总使识别类、趋势类和分析类数据,让人更容易看出来。随着通信更高效便捷,虚拟现实和增强现实有了更广泛的应用领域。

例如,电脑游戏、工业设计和原型制作,汽车、飞机的驾驶训练,太空、危险工作的培训,以及体育、教育、博物馆、医疗保健、远程简历等,都可以使用VR技术。各类视觉信息应用程序正在服务于人类,使人们在计算机的支持下做出正确的决定。

为此,我们必须将现实世界的问题带入计算机中,在计算机上,我们对整个场景进行综合模拟,他们与现实交叠,可以通过屏幕或者VR互动分析,以便做出更好的决策。例如一座城市,通过制作这座城市的数字副本,即一个所谓的数字孪生兄弟,在这个模型上,计算机可以模拟各种情况,例如,雨水或河流的洪水影响。哪些道路是可用的,需要多少沙袋,要在哪里用等等,这些信息在智能软件的帮助下,受帮助者可以在视觉上得到支持,可以得到哪些重要建筑处于危险中等高层次信息的视觉支持。

VR/AR主要为人类服务

据维尔纳·普卡特霍夫介绍,VIS是奥地利领先的研究中心,旨在解决与视觉计算相关的行业挑战。总部成立于2000年,由三个不同的公共基金项目提供资金。它的使命是推动视觉计算及相关领域的研究和开发,主要是充当学术界和产业界之间的桥梁。这是一家拥有约70名员工的有限责任公司,目前的年度预算约为700万欧元,所有项目都与业界的公司合作,这些公司的投资占项目所需的50%。

维尔纳·普卡特霍夫说,我们进行VR研究的总体目标是通过视觉计算,为那些在整个工作流程中需要人参与其中的应用场景,提高效。为什么人类在某个流程中必须参与进来?因为尽管计算机、机器人可以接管日常事务中常规的事情,但是像做出解释这样创造性的任务,就需要人来完成。计算机可以做很多事,如监控工厂设备是否在标准状态,还可以仅根据数据进行预判,也可以优化物流等等。但是要创建智能优化的新模型和辨别出新的可能性,总是需要人来完成。

将数据传输给人类的方式是可视化的,人眼视觉具备快速、直观和精确的特点。但自动化设施反映数据的过程,与人眼反应不同,在一定的场景里人眼会看到四个过程,但自动化设施会显示整个过程的平均值都是一样的,一个机械设备的两个轴的相关性也是一样的。

视觉计算如何提供助力

维尔纳·普卡特霍夫展示了几个基于视觉计算的成功案例,以显示视觉信息对人类的助力。

地质学家习惯于在调查的火星表面上直接动手工作,他们能够通过火星漫游车获得清晰的图像,地质学家如何利用这些信息呢?解决方案是利用所有可用的数据源,重建并生成高分辨率的火星表面,为地质学家提供类似于他们在地球上拥有的交互式工具,他们可以在其上四处走动,测量大小和距离,隔离的轮廓,并添加注释。通过这种方式,地质学家可以在屏幕上或使用虚拟现实来探索火星表面。这听起来比实际情况做起来容易得多,因为其中有多种挑战需要解决。例如,高质量的3D模型重建,海量数据的交互操作,以及了解地质学家是如何工作的。解决了这些挑战之后,其结果是一个被ISA和NASA广泛接受的系统,也用于未来火星漫游车任务的路径规划。

在建造汽车发动机时,初学者可以通过模型来学习,这就需要许多汽车组件的模型,在模型中可以模拟、调整几十个参数。这种模拟产生了大量数据,其中既有单个模拟的参数值,也有它们之间如何互相影响的各种数据维度。如果没有计算机可视化图形的帮助,工程师就不可能获得这样的洞察力。

虚拟现实在评估基础设施项目中也发挥着重要作用。无论是在屏幕上还是在VR中,工程师、政治家和公民都可以互动地体验,来自真实世界的数据,加上街道、工厂等基础设施的建设数据,以增强现实的方式进行项目评估。

光源的交互式设置可以在3D场景内完成,也可以手动放置光源,然后重新分配灯光,包括直接和间接照明效果。除了真实渲染外,颜色渲染还会显示绝对照明值。使用VR进行培训最多的例子就是灭火,因为在现实世界中进行灭火培训既昂贵又危险。在实现中,人们可以用真实的硬件来测试扑灭不同种类的火的能力。

维尔纳·普卡特霍夫说,尽管大多数VR技术已经可用,但未来视觉计算还面临一些挑战。一是数据量越来越大,信息种类越来越多;二是数据的有效性仍然是一个悬而未决的问题,而由于数据源的不可靠,数据的准确性也是一个悬而未决的问题;三是数据产生的速度正在加快,其价值不得不时刻受到质疑。视觉计算技术在我们生活的许多领域取得了巨大的成功,但用于VR时又都有巨大的潜力。

责任编辑:赵强


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