VR、AR才不是什么新技术,汽车上多年前就在用了

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楼主 2021-12-03 08:50:52
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《公开课》& 文:刘亦然

2016年在消费电子领域,最大的一匹黑马可以说是VR设备,甚至2016年堪称是VR设备走向家庭的元年。然而,想必在很多普通人眼中,VR是这样的:



VR是单身宅男的好伙伴


其实,VR诞生伊始的初衷并不是用来玩游戏看动画的,更不是用来给单身狗制造伤害的。实际上,在开发人员眼中,VR是这样的:



微软模拟飞行2.12 DOS版


——啥啥啥,这种诺基亚黑白屏画质的老爷爷辈东西难道也能是VR?


——当然是!


实际上,VR与AR的概念,远远比大家想象的要广义的多。他们并不是什么新鲜玩意了,年龄甚至有可能比车辙的各位读者还要大….

Part 1. VR与AR技术的前世今生


VR,是英文Virtual Reality的缩写,中文的意思是“虚拟现实”。这个概念的起源可以追述到法国剧作家,导演安托南·阿尔托。他在1938年的著作《戏剧及其重影》里面就已经将剧院的舞台布置定义为“虚拟现实”了。在那个没有电脑和手机的时代,将现实场景搬上舞台与银幕,是虚拟现实技术最早的起源。



上个世纪50年代的“虚拟剧场”设备Sensorama,可以覆盖观众的视觉,听觉,嗅觉和触觉


而现代VR技术,则源自杰伦·拉尼尔和他的VPL research公司的研发推广。他们在上个世纪80年代就已经获得了很多VR技术的专利,并且开发了最早的头戴式可视设备与最早的动作捕捉感应手套。如果说二十世纪四五十年代的虚拟现实技术还只停留在电影舞台上与科幻小说里,那么现在的VR技术随着计算机技术的发展,已经从银幕与舞台走向了人们生活的方方面面。


VR技术的界定,车辙君在这里给大家举一个小例子就可以理解了。比如说我们去看电影,我们只是以银幕为视角,去被动的看(当然也包括听)电影里的人物和剧情。观众只是接收方,只能感知到导演“允许你看到的内容”。而VR的本质在于,创造一个虚拟的,允许用户自主感知的世界,允许用户自己去探寻想得到的信息,而不是一味的受制于内容制作者的灌输。



电影里的战争是“我看别人打仗”,游戏里的战争是“我自己打仗”


诚然,媒介不同,技术的应用方式也有区别。但是这其中的区别,就在于三个词:沉浸 – 交互 – 构想。在虚拟现实技术中,人必须占据主导作用。计算机创建的虚拟环境必须能够让人进入其中,而不是在外侧观察。人们必须能够通过听觉,视觉,触觉等等多种感官来与虚拟世界发生交互,并且人可以用自己的思想与行为来影响虚拟现实世界的事物,从而使人去发挥自己的主观能动性来探索世界。


——那么AR技术呢?


AR是英文Augmented Reality的缩写,意思是“增强现实”。不同于虚拟现实的“探索虚拟世界”,增强现实的目的是用电子设备使人能够感知到现实中无法直接获取的信息,从而能够更好的增强人们对于现实世界的感知



增强现实技术的先导者——Google Glass谷歌眼镜


现实世界是可以被我们身体感觉到的,用耳朵能听到,用眼睛能看到的。如果我们用AR技术将其中的一些内容数据化(比如气温和湿度),或者增加一些额外的内容(在家门口的路上突然发现一只皮卡丘让我抓怎么样?),并把它们与现实世界结合起来,这个就是增强现实技术。



Pokémon Go的新奇游戏体验就是AR技术的应用


实际上,这两个概念都不是什么新鲜东西了,只不过随着近几年消费电子领域井喷式的发展,才给了这些原本只存在于实验室里的技术一个飞入寻常百姓家的机会。


——车辙君,你说的这些,和汽车有什么关系呢?

Part 2. VR, AR技术在汽车上的应用


其实有一项最为典型的VR技术,它在汽车上早就出现多年了,只不过它很低调,很多人都没有意识到它的存在,这就是——车载导航。



早年的“电子地图”与现在的智能导航系统


当GPS系统最早从航海/野外生存领域拓展到汽车应用的时候,严格的讲,都不能称之为“导航”,而只是一个电子地图。随着硬件的不断增强和软件的不断发展,现在的导航已经可以实现实时的路况检测,路线优化,甚至包括周边场景建模。但是,就算是最基本的,简陋的老式“电子地图”,他也算是一项VR技术。因为,相对于传统的纸质地图,驾驶员不需要再问一个问题——我在地图的什么地方?


不要小看这一个简单的问题,这是划分传统纸质地图与VR技术的分水岭。在没有导航的年代,比如二战时期的坦克驾驶员,就必须备有一张完整的地图,并且要随时通过周围的地形和自己的驾驶经验来判断自己在地图上的什么位置。驾驶员不可能从地图上获得什么反馈,换言之,地图在任何时刻都只是一张纸,如果你不认识路,不知道自己在哪儿,那么就算拿着地图,也一样会迷路。


而随着GPS电子地图的出现,那块小小的屏幕上绝不可能放下整个完整的地图。这个时候,由于有了对于自身的定位,使得地图第一次可以对驾驶员的行为作出反馈。如果你从哈尔滨开往广东,你不需要随时随地拿着一张巨大的杂乱无章的全国地图,而只需要导航告诉你,你现在开到哪儿了,这就够了。而这,也就是车载VR技术的开端。


而车载HUD(抬头显示)技术,则是AR技术在汽车内的应用之一。



战斗机驾驶舱的平显设备


车载AR技术最早来自于战斗机驾驶员使用的平视显示技术。为了能够让战斗机驾驶员在飞行过程中更好的锁定目标,起飞降落的时候更好的识别跑道而开发的技术,后来被应用到了汽车上。



老式车载抬头显示屏与捷豹开发的应用了AR技术的全挡风玻璃显示屏


早些年的HUD(Head Up Display,平视显示器)仅仅能起到车载行车电脑的辅助显示器的功能。在上面显示的诸如车距,油耗,导航等信息,谈不上对于实际驾驶员肉眼看到内容的增强。而随着信号处理技术的发展,现代汽车传感器已经能够完全识别车道分割线,以及路上其他车辆等路况信息。在此基础上,可以将整个挡风玻璃作为显示器,用最直观的方式向驾驶员提示路线规划与路况信息。


——好晕啊,能不能说的详细一点?


那么车辙君就用极品飞车的游戏画面来给大家做一下解释吧。




在极品飞车游戏画面中,如果我们假定游戏的画面是真实世界,那么在地面上显示出来的赛道方向就是AR技术,因为他并不脱离于现实世界。而左侧的小地图就属于VR技术,因为他模拟了现实世界并且根据驾驶员的行为及时产生反馈。——然而,这不是真实世界,这是游戏,所以,整个画面,都是模拟出来的,也就是VR咯。


另一个AR技术的应用则是倒车影像。除了显示车尾部的视频图像信息,现在好一点的倒车影像都可以自动识别车位边线,与周边车辆的距离,从而能够自动报警,纠正偏差。对于驾驶员而言,这些辅助无疑使得副驾驶下车一边指挥一边喊“倒...倒...”成为了历史。

Part 3. AR,VR与人机交互


最后,谈谈AR、VR和人机交互的关系。


首先要问一下老司机们,你们驾驶的时候,看后视镜的频率是怎样的?


——一般几秒或者十几秒看一次吧,要是变道或者转向的时候就多看几眼。


也就是说,驾驶员日常行车的绝大多数信息,是来自于前挡风玻璃的。对于一般驾驶者而言,这个获取信息的范围区域,在学术上有着准确的定义,被称之为“主视觉感知区”,Primary visual attention lobe (PVAL),它所对应的区域大约是这样的:




觉得很窄?实际上,如果不考虑人眼余光看到的部分,我们在日常驾驶中能顾及到的区域只有这些。并且,随着车速的逐渐提高,两侧的景色逐渐模糊,这个区域将会变得越来越窄。而汽车车灯的设计也是主要考虑到照亮这部分路面。


为了保证安全驾驶,汽车在设计的时候,希望驾驶员的视角要尽量长的保持在这一区域。因此,在设计的时候,汽车中控台的常用仪表都经常布置在驾驶员正前方,保证驾驶员开车的时候随便向下“瞄一眼”就能看到目前的车速和转速。


——如果是这样,那我们干脆把所有信息都整合到挡风玻璃投影上好咯。


那么,这就又迈入了另一个误区:驾驶员的信息处理负荷过大,同样会导致危险。其实类似的经历大家也都有过,如果我们把自己的所有工作都杂乱无章的摆放在桌面上,没有主次之分,那么一定会导致自己无所适从,一方面会感到过重的工作压力产生的焦虑,另一方面则因为缺乏头绪而不知道从何下手。如果能够有条理的引导,使人能够逐条的处理信息,那么反而我们的工作效率会得到提升。


然而,桌面我们可以依照自己的喜好进行整理,汽车中控台的逻辑则是出厂的时候就设计好了的,因此,如何设计这个逻辑,就变得非常重要。一般而言,我们开车从一个地方到另一个地方,驾驶员的逻辑链是这样的:




请注意,在这五个层级中,除了最高层级的基础驾驶需求是通过驾驶员肉眼观察获得信息之外,剩下的所有信息都要从中控台和仪表获得。然而,中控台绝不可能同时显示所有信息,这就需要有一个明确的逻辑取舍。并且,最主要的一点在于,次级需求不能影响高一级需求的信息采集,而中控台的设计必须要尽量降低高层级驾驶信息的获取成本


这里就涉及一个反馈的设计了。如果驾驶员能够用更简单快速的反馈方式获得信息,那么就能够显著降低驾驶员采集信息的成本。国内的研究者曾经做过一个实验,受试者的手伸进一个暗箱里面,暗箱里有一根会落下的铅笔。第一组实验,在箱子上面安放了一个小灯,当小灯闪光的时候,铅笔落下,同时受试者伸手抓住铅笔。第二组实验,给受试者的手一个拍打刺激,然后伸手抓住铅笔。测试结果是,用小灯闪光作为信号的对照组,全部没有抓到铅笔,而拍打刺激的,全都抓到了。


而加拿大麦克马斯特大学心理系的研究表明,人对于触觉反馈的应激响应速度,比视觉反馈要快71%。换言之,如果想要实现快速的反应,触觉刺激是最合适的方法。


——这在汽车里怎么体现呢?


我们先来看两个汽车的中控台设计:



左侧:特斯拉Model S中控,右侧:奔驰S级中控


二者在操作上孰优孰劣,高下立判。特斯拉为了保证其中控台简约的设计风格,舍弃了几乎所有的物理按键,全部使用触摸屏操作。而奔驰则保留了中控台位置的COMAND系统操作旋钮,所有的操作都凭借那个实体操作旋钮来实现。


——可是,我觉得特斯拉这样屏幕大,更直观啊?


然而,举个最简单的例子,假如你在开会,暗恋的女神突然给你发短信,你要把手放在桌子下面偷偷回复眼睛不能看手机,这个时候你会选择老式的按键机还是触屏的智能机?


实际上就是这样。由于触摸屏按键范围不确定,没有触摸反馈,导致所有的操作都必须用眼睛来获取信息。在消费电子领域,这是可行的,因为我们总是看着那一块屏幕。而在汽车上,这违反了“次级需求不能影响高一级需求的信息采集”的原则。


关于层级设计,奥迪的新仪表盘也可以说明问题:



德国版本奥迪的液晶仪表盘


在这里,为了防止驾驶员视野从“主视觉感知区”过多移向中控台,奥迪将导航整合进了仪表盘内。但是,根据前面的驾驶员需求列表,驾驶员对于车辆信息的感知需求要高于对于道路导航的信息获取。因此,在这块屏幕上,即使是使用了导航,转速和车速依旧覆盖在地图的前方,具有更高的显示优先级。对于驾驶员而言,这样的设计看似漫不经心,但是却都是经过了缜密的驾驶逻辑考量和设计的。


综上所述,汽车不是安装在轮子上的智能手机,那些再适合手机使用的UI设计,都并不一定适用于汽车驾驶的环境。


车载VR产品的开发必须要让位于驾驶员对实际路况的感知,而不能允许驾驶员过多的沉迷于VR产品所构建的虚拟世界中。在这个意义上,AR则是更适合于汽车使用环境的技术,它能够在不影响驾驶员感知外部世界的前提下进行信息的采集与增强。但是必须要注意的是,不管是AR还是VR,都不可以过多的分散驾驶员的注意力,必须让位于车辆信息的显示,然后自己在汽车的操作环境里保持低调,可以随时被轻易关闭。同时,在人机交互设计上,使用更为传统的按钮旋钮式操控,所带来的触觉反馈,相对于看上去高大上而实际上不实用的触摸屏控制,是更符合汽车中控台的人机工程学设计原则的。

 《公开课》是车辙的一档以分享知识、拓展视野为主的偏科普类栏目,今后该栏目还将侧重买车、用车等实用技巧的专业分享。对这一栏目有任何想法,请不吝您的建议。





















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