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VR技术史-3: VR界的远古神兽(中)

大家好,我叫曾成,是巧瞳科技的技术负责人。

春节假期眼看近半了,快乐的时光似乎都是短暂,希望大家在假期中都能开开心心,团团圆圆,共享天伦之乐,分享人生的喜悦与悲伤,享受亲情、友情、爱情的滋润。

说到猪年,就不得不提到二师兄,二师兄的师兄是大师兄,由中美合拍……

等等……

不好意思,走错片场了……

最近3-5年(2014~2017年左右),VR市场上一个重要的“传说”需求,就是VR拜年和VR过年逛景点……

一个典型的双目VR现场场景

一个全景旅游的例子(Beijing in 360°)

其实VR旅游、VR拜年的点子还是不错的。可惜的是目前相关内容水准还达不到消费级别的要求,所以相关的产品直接进入市场作价销售都不太现实,往往是政府作为市政服务附加项目进行采购之后,免费向社会提供的。

VR项目的市场可行性不是本系列想要讨论的问题,因为实在是槽点太多,作为从业者,本着——“自己口无遮拦让自己很爽,会伤害行业同仁,这样有点过分呢”——的基本常识,我们还是在VR技术史内不做吐槽,只谈技术。

嗯,因为 —— 吐槽的内容专开一个吐槽系列才能尽兴……

说到VR旅游(这次是真的说,不是章口就莱……),就不得不提虚拟游历的史诗级别产品——————

《白杨树镇电影地图》

Aspen Movie Map

美国科罗拉多州的阿斯本镇(Aspen,Colorado)是一个滑雪度假胜地。我们随便在bing上搜索Aspen,Colorado就可以发现这是个风景如画,四季皆宜的地方。

Aspen,Colorado,USA

Aspen镇雪景

Aspen镇的市政厅

1978年,麻省理工学院在Aspen镇上做了很细致的场景测绘和记录,最终生成了一个可以虚拟体验的软件系统项目,命名为Aspen Movie Map。

由于Aspen是一种树的名称,大致指的是北美杨树,所以中文世界里还是多将此项目翻译为“白杨树镇电影地图”,当然为了序数简便,我们简称它为AMM。

如果大家能记得 aspen = 白杨树,也算是在了解VR技术史之余,额外获得的英语四六级知识点了吧。

AMM的第一个主要特点是摄制了白杨树镇的街道全景。

我给大家留一点时间,大家可以畅想一下,假如自己是这个项目的实施者,会用怎样的方式来实现拍摄?

---- 那么,开始 ----

(一边思考,一边可以看看AMM的原图效果)

AMM的实际画面效果-1

AMM的实际画面效果-2

AMM的实际画面效果-3

AMM的观看和操作方式

----  OK,时间到!----

大家可能已经在心中构思了自己的创意,我请大家注意当时所在年份是1978年 —— 很多东西:比如GPS定位、比如激光导航、比如图像识别技术都还不具备使用程度。

大家可以看一下1978年的MIT的研究人员是怎么干的吧!

他们用一个陀螺仪稳定器(Gyroscopic stabilizer)连同4台16毫米定格胶片摄像机被安装在一辆汽车的顶部。这台车辆每行进10英尺(10 feet,约合3.05米)一台编码控制器就会触发这些摄像机拍照一次。汽车后面拖着一辆自行车,自行车的轮毂上用光学传感器来检测行驶距离,这样就能保证10英尺的距离是靠谱的。光学传感器传感自行车轮毂的方式是识别和记录轮毂滚动的圈数。

为了防止光线对拍摄的影响,摄影车只在每天的上午10点到下午2点之间巡游白杨树镇。

白杨树镇2016年人口统计为6500人,在1978年时的人口估计为4000人左右,是个很小的镇。摄影车在1978年的秋天,1979年的冬天(应该就是1979年初的那段时间)拍摄了两个季节,然后又在1979年进行了一些补拍。

进度上说,到了1980年的春天,一个可以虚拟访问白杨树镇的软件项目已经完美就绪。

静态图像、可动的视频、可播放的音频,都可以在一台操作电脑前被有效的调用和查看。那还是一个没有个人电脑的年代,所以这样的体验具有的先锋色彩是可想而知的。

让AMM更加有先锋色彩的,是由 保罗·赫克伯特 Paul S. Heckbert 开发的,对整个Aspen的所有景色的外形轮廓进行了3D建模的系统,3D建模的目的原本是因为整个图片的导入速度比较慢,而如果只有3D轮廓,则可以比较快速的为AMM地图使用/观看者定位服务,让使用/观看者可以不卡顿的快速在整个Aspen镇的虚拟区域内选择位置。

AMM内的轮廓3D模型

说到这里,朋友们就能明白,为什么说VR旅游的鼻祖,其实是AMM了。

但是仅仅这么描述一个项目,其实还是有点过于走马观花,因为AMM在科技史上的地位是很重要,这主要体现在3个方面:

第一点:Aspen Movie Map第一次完整重现了一个城镇的全景虚拟生态,MIT在做AMM项目之前,曾经有本科生 皮特·克雷 Peter Clay对MIT的礼堂进行了全敬拍摄的尝试,而当时皮特同学使用的是手推车加单摄像机的方式。AMM项目应用了更加高级的摄像系统(包括稳定系统)。AMM的创意深远的影响了后世,google街景就是AMM在几十年后的衣钵继承者。

第二点:AMM在计算机的操作和界面设计上有很强的独创性和引领力,其中2D缩略图+3D具体场景的配合这样非常符合人性的UI设计,引领了后世的各种UI战略战术操作软件的风格。1990年代即时战略游戏RTS引领电脑游戏蜂巢,《红色警戒》、《魔兽争霸1-2》、《帝国时代2》、《星际争霸1》这样的有全球美誉度的游戏,都采用了AMM所使用的UI风格。

第三点:AMM在后期进行3D场景轮廓优先于实景照片,甚至3D场景轮廓配合材质贴图来切换季节特征(用春季街景的贴图替换原本秋季和冬季的拍摄图片)为后世3D场景的展示逻辑给出了标杆式的指导,对游戏、影音的3D部署(提前渲染、实时渲染等)相关技术给出了非常明确的指导思路。

安德鲁·利普曼 教授

AMM项目的MIT方面的负责人是安德鲁·利普曼 Andrew B Lippman教授,他当时对AMM的定位是“Hypermedia”——超媒体计算机项目,可以说他是当时对AMM的里程碑意义最清楚的人之一。事实上,AMM这样一个内容出色的项目,往往会有外行觉得这是某个地区的推广手段而已,但AMM的技术价值和军事价值经过利普曼教授和MIT的推介,得到了有“现实中的神盾局”之称的DARPA实验室的自助。

DARPA的官方LOGO

DARPA全称国防部高级研究项目局Defense Advanced Research Projects Agency,在1978年支持AMM项目时,名字已经从ARPA改称DARPA(名称的变化发生在1972年3月份),但是目前大量文献都认为AMM项目的支援单位是ARPA。这就有两种可能:

第一种可能:

Hypermedia是ARPA酝酿了很久的一个项目,虽然这个项目是1978年开始的,但是经费的划拨在1972年之前就定下来了,或者AMM项目本身就是ARPA若干大项目的一部分。

第二种可能:

美国军方是将一笔原本用在别处的名义经费,临时调拨到AMM项目上的。

第一种可能更加符合目前文献的描述,但是第二种可能在历史事件节点上有一定的合理性。

1976年,一批巴勒斯坦恐怖分子劫持了一架以色列航班到非洲乌干达的恩德培机场,当时的乌干达当局打算和恐怖分子合作,共同向以色列要价。以色列国防军闪电式千里突袭了恩德培机场,以4人牺牲的代价获得了营救行动的胜利,解救了人质。

漫画描写的恩德培行动

以色列的雷厉风行的执行力是这次行动的亮点,但是这个行动的成功的关键在于,恩德培机场本身是一家以色列建筑承包商设计和建造的,以色列国防军在发动行动前,火速原样重建了一个完全一致的恩德培机场航站楼,并让陆军特种部队进行了长达2周的实地训练。

美国国防部在评估以色列的恩德培行动时,认为可以学习的经验恰恰是以色列对于战术现场的高度还原的训练准备方法,当时的观点是实地训练本身才是整个行动成功的主要原因。

所以1978年的白杨树镇电影地图,虽然是在诗情画意的Aspen镇上展开,但是其实经费的拨付方美国国防部,更多的是希望借此项目摸索出一套可以快速建立冲突地区详细虚拟环境,让作战人员迅速熟悉战场环境的系统。

而从这个角度看,AMM的里程碑价值就进一步得到巩固,因为后续美国军方的确在虚拟显示领域掌握着相当明显的领先优势,而最早的AR也是发端与美国空军的驾驶员和伞兵的头戴战术系统。这些内容,就以后再找机会跟大家介绍了。

补充一点:

前面讲到AMM项目中起到收官作用的保罗·赫克伯特 Paul S. HeckBert教授,他一直是计算机图形学、3D表面材料展示,计算机渲染算法方面的大神。

从1970年到2011年,赫克伯特教授  先后在加州大学伯克利分校和卡内基梅隆大学做图形分析和3D光线追踪方面的研究。

在3D图形显示和渲染领域,赫克伯特教授 是一个绕不开的技术人物。

很遗憾我们没有找到 赫克伯特教授 的照片。

小结一下:

今天我们非常详尽的介绍了VR界的远古神兽之一的AMM项目《白杨树镇电影地图》,从篇幅上看,AMM项目一个项目就占满了一整篇长文,一方面是AMM的确非常具有话题性,另一方面是很多对VR很有兴趣的朋友对AMM并不了解,其实充分了解AMM有助于大家理解现在VR行业的很多动向。

本文对AMM的介绍也肯定是浮皮潦草的,有兴趣的朋友可以自己去了解,我们在未来做VR Touring专项产品时,也会按照AMM的风格来拆解所有的项目细节设计。

在下一篇里,我们将为大家集中带来我们所认为的远古神兽的剩下几位:它们分别是:Sensorama、HMD和LEEP ——都是重量级哦,VR界的远古神兽(下)的篇幅可能会是全系列最长的哦。

敬请期待!

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