Kan virtuell verklighet skära ledningen?

Låt oss inte skära ord: Jag är synligt uppvuxen av Valves nya virtuella verklighetshuvud Valve & HTC Meddela nytt VR-headset att skicka till jul 2015 Valve & HTC Meddela nytt VR-headset att skicka till jul 2015 Valves nya VR-headset är det bästa världen någonsin har sett. Oculus står en chans? Läs mer .

Vive, skapad i samarbete med HTC, har perfekt spårning av ditt huvud och två styrenheter, en bekväm 2160 x 1200 upplösning och en ultra-skarp 90hz OLED-skärm. Det kommer ut i år, och det erbjuder interaktiva VR-upplevelser som ger en fortsatt känsla av fysisk närvaro i den virtuella scenen.

För att få en känsla av hur bra spårningen är, kolla in den här videon av “Galleriet,” ett VR-spel spelas på Vive.

Utmaningen av fri roaming virtuell verklighet

Vive är fantastiskt. Men om du läser recensioner av prototyps headset som trickling in, börjar du märka det ett specifikt klagomål håller poppar upp.

Venture Beat:

“Under min försök med prototypen hade jag ett bälte för att hålla ett buntband ur min väg - och nu när jag tänker på det, måste Valve ha haft någon att gå runt med mig för att jag inte skulle resa över någon slack som jag skapade när jag flyttade runt i rummet.”

PC MAG:

“Eftersom det är en helt interaktiv, walk-around-upplevelse, behöver du rensa ut möblerna från mitten av ett rum och försök att inte resa över kabeln som går tillbaka till datorn.”

Gizmodo:

“Och det är förmodligen den viktigaste svaga punkten med HTC Vive. Det är som Matrisen därmed känns det riktigt men också genom att du är ansluten till en dator med en kabel som kommer ut från baksidan av ditt huvud. Det kommer ibland att begränsa din fria rörlighet och är ibland (men inte ofta, enligt min erfarenhet) en trippfara. Det är inte en mycket stort problem men märkbart ändå.”

En del av detta beror på att headsetet är en prototyp med fem kablar (konsumentversionen ska bara ha en, en kombinerad USB- och HDMI-kabel som kopplar headsetet till datorn). Problemet verkar emellertid vara grundläggande för trådbundna headset som gör att du kan gå fritt. Se oss Prova Oculus Rift Crescent Bay vid CES 2015. Se oss Prova Oculus Rift Crescent Bay vid CES 2015. Oculus Rift Crescent Bay är en helt ny prototyp som visar upp några spännande förbättringar i virtuell verklighetsteknik. Vi prövar det vid CES 2015. Läs mer. Kablar är en trippfara, och också bara en bummer. De hindrar dig från att ta din VR-enhet ut ur rummet, mycket mindre huset.

Detta blir mer problem eftersom vi börjar använda VR som ett grundläggande gränssnitt för våra operativsystem.

Vi hade inte datorer länge innan vi ville ha en mobil version av upplevelsen (bärbara datorer, smartphones och surfplattor). VR kommer att vara samma sätt, särskilt när vi börjar integrera förstärkta verklighetsfunktioner i enlighet med Microsofts HoloLens 8 Real-World-användningar för Microsoft HoloLens 8 Real-World-användningar för Microsoft HoloLens Microsofts HoloLens är coolt men vad ska du egentligen använda det för? Vi slår ner de mest spännande möjligheterna. Läs mer .

Tyvärr visar det sig att urkoppling av VR-headset från datorer är en stor teknisk utmaning, och en som vi fortfarande inte vet hur man ska lösa. Det finns emellertid två lovande teknologier i horisonten som kan bidra till att lösa problemet.

Lösning # 1: PC-strömning

Ett uppenbart tillvägagångssätt för programmet är att använda din dator för att göra den virtuella världen och sedan strömma de renderade bilderna till headsetet över WiFi (som Steamlink, som strömmar spel från datorn till din TV). Problemet med detta tillvägagångssätt är latens. I virtuell verklighet vill du minimera fördröjningen mellan att flytta och se den rörelse som reflekteras på skärmen. Den söta fläcken är överens om att vara under 20 millisekunder.

Modern video streaming kan komma ner till under en millisekund av latens, vilket är en bra start. Tyvärr är en okomprimerad 1440p 90hz videoström nästan 8 gigabit per sekund av data. Konsument WiFi-routrar kan hantera cirka 100 megabiter. Även de högsta industriella routrarna är max ute på ca 800 megabitar, åtta gånger mindre än vad som behövs. För att åtgärda detta måste du komprimera bilderna innan du skickar dem. Komprimerings- och dekompressionsprocessen ger ca 80 ms latens, vilken kommer gör dig sjuk.

Det finns några möjliga lösningar på detta problem:

Förbättringar av bandbredd

Ett tillvägagångssätt är att försöka öka hur mycket bandbredd som är tillgängligt. 5G-nät, som är tillgängliga på fem år, kan möjliggöra hastigheter på cirka en terabit per sekund, vilket skulle kunna hantera futuristiska 8K HMD utan kompression. På längre sikt kan Li-Fi (en internetteknologi baserad på snabbt pulserande LEDS) tillåta överföringshastigheter på 10 GB / s vid mycket låga latenser, vilket skulle möjliggöra trådlösa versioner av nuvarande generations VR-headset de närmaste åren, även om tekniken inte är tillgänglig för konsumenterna än.

Det här är förmodligen den bästa lösningen på problemet, men det kommer inte att vara tillgängligt för konsumenterna i minst ett år eller två, det kan vara dyrt, och upplösningen kommer troligen att ligga bakom det högsta anslutna headsetet tills rätt 5G-nätverk kommer.

Lokala Warping

Ett mer komplext alternativ skulle vara att acceptera 80ms latens och försök att korrigera det efter det faktum genom att vrida den gamla bilden till den nya huvudpositionen. Detta ger fortfarande en viss ingångslagring, men inte den illamående huvudmotståndet.

Standardmetoden för denna typ av problem är asynkron tidsfördröjning som samlar data från datorn och varnar det med en liten GPU på headsetet för att visa den gamla bilden från ett nytt perspektiv, vilket gör det möjligt för headsetet att uppdatera flytande trots hög latens.

Vid första rodnad låter det som en magisk kula. Tyvärr finns det några stora fångster. Att citera Michael Antonov, en Oculusforskare,

“Positiv judare är en av de mest uppenbara artefakterna med orientering-bara timewarp. När du flyttar huvudet återspeglas endast den extra rotationsdelen i de ATW-genererade bilderna, medan någon translationshuvudrörelse sedan ramen gjordes ignoreras. Det betyder att när du flyttar huvudet från sida till sida, eller till och med bara roterar ditt huvud som översätter dina ögon, så kommer du att se flera bilder av domare på objekt som ligger nära dig.

[...]

Ett möjligt sätt att ta ställning till positionären är att implementera fullständig positionsförvrängning, som gäller både översättning och orienteringsfixeringar till den ursprungliga gjorda ramen. Positionsvridning måste överväga djupet av den ursprungliga gjorda ramen, förskjuta delar av bilden med olika mängder. En sådan förskjutning alstrar dock disoklusionsartefakter vid objektkanter, där utrymme av utrymme upptäcks som inte har data i den ursprungliga ramen.”

Det finns flera tekniker för att fylla i data för att fylla de hål som skapas av positional timewarp, men alla lämnar bakom artefakter, och de som lämnar de minsta artefakterna är de mest beräkningsmässigt dyra. Problemet liknar det som står inför de som försöker visa VR-djupvideo VR handlar om att ändra filmskapande för evigt: Så här gör VR om att ändra filmskapning för evigt: Så här är Virtual reality en ny sätt att kommunicera med din tittare och många människor med en bakgrund i traditionell filmskapning hittar du möjligheterna spännande. Läs mer .

För att lösa detta problem perfekt måste utvecklare hitta något sätt att överföra extra data för att fylla i hålen. Några möjliga tillvägagångssätt:

• Rendera farfält och nära fältobjekt separat och strömma båda bilderna
• Ge ett ljusfält, som kan projiceras av stora huvud offsets utan disocclusion
• Utveckla extremt sofistikerade huvudrörelsesmodeller och använd prediktioner för att minimera disokluderingsfel

Det är inte klart vad den bästa lösningen är här. Ingen av de metoder vi känner till är perfekta, och några av dem kräver mer forskning. Att bestämma om omprojektion är en bra ide köljer ner hur mycket vi kan minimera artefakterna. Det är en lovande möjlighet, men det finns många obesvarade frågor.

Lösning # 2: Lokal rendering

En helt annan strategi är att glömma datorn och göra återgivningen lokalt på headsetet. Så här fungerar Microsofts HoloLens och Samsungs Gear VR. Det är inte mycket känt om HoloLens fem frågor om Microsofts "Project HoloLens" Fem frågor om Microsofts "Project HoloLens" Microsofts nya headset för Augmented Reality är mycket spännande - men kan de lösa de grundläggande problemen med AR? Läs mer, men Gear VR har ett antal allvarliga begränsningar. Dess mobila GPU kan hantera några blygsamma VR-upplevelser (med intensiv optimering), men knappt. Värmehantering är ett problem, upplösnings- och uppdateringshastigheten stiger inte till den nivå som behövs för närvaro i scenen och headsetet har ingen positionsspårning. Några av detta beror på begränsningarna i mobiltekniken, och kommer att bli bättre snart, uppblåst av Moores lag.

Några av dessa problem är emellertid resultatet av att man måste konstruera kring en smartphone som inte var avsedd för VR. Om du byggde ett mobilt VR-headset från början, kan du göra många saker annorlunda. Designers kan ha två avancerade mobila GPU: er, en mycket höguppdateringsskärm och ett stort batteri. De kan också sprida komponenter ut för bättre viktfördelning och värmebehandling. Den resulterande formfaktorn kan se mycket ut som Sony Morpheus.

Eller om ingenjörerna ville bli ambitiösa kunde de bygga något mer som mini-PC: ett litet bärbart block av computronium som innehåller en eller flera bärbara GPU, en fläkt och ett stort batteri. Denna enhet skulle ha en formfaktor som liknar en Walkman, och skulle köra en HMD via en enda kabel.

Den nuvarande NVIDIA flaggskepps GPU, GTX 980, som Oculus använder internt, är bara cirka 40% snabbare än sin mobila motsvarighet, 980M, och det är mycket liten. Det är förmodligen möjligt att passa två av dem i ett fettpaket, med utrymme att spara för resten av tarmarna på en liten mobil PC.

Anm. Till hårdvaruutvecklare: Under inga omständigheter tillåta pressen att beskriva din produkt som en "fanny pack".

Denna formfaktor skulle vara chunkier än ett fristående headset, för att inte tala om dyra - baksidan av kuvertmattan föreslår en prispunkt på cirka 2500 dollar. Det är möjligt att moderna konsumenter inte kommer att vara intresserade av produkter som är obehagliga. Det är dock det enda sättet för ett mobilt VR-headset att leverera prestanda konkurrenskraftigt med PC VR, och jag misstänker att hardcore-spelare och andra irredeemables kommer att gå för det. Det finns en lång historia av nördar som går i framkant av teknik genom att vara villiga att bära produkter som får dem att bli löjliga.

Just nu, mobila headset lider av en oförmåga att tillhandahålla positionsspårning, vilket orsakar en illamående känsla att världen är knuten till din torso när du försöker flytta. Men det här problemet kan snart lösas. På kort sikt är ventilens “fyr” Positiv spårningsteknik är en bra lösning: laserprojektorerna är dumma, vilket innebär att de kan beläggas för att täcka stora utrymmen och kan betjäna många enheter samtidigt. Som ett resultat kan fyrspårning bli en billig tjänst som hem och företag tillhandahåller, precis som WiFi är idag, så att du kan använda mobil VR-hårdvara i de flesta inomhusutrymmen.

På längre sikt, eftersom djupkameror förbättras i upplösning och ljudnivå, bör det börja vara möjligt att använda dem för positionsspårning, med tillräcklig precision för att ge en känsla av VR-närvaro. Detta möjliggör självständiga VR-produkter som är lämpliga för utomhusbruk och ökad verklighet.

Framtiden för mobil VR

På lång sikt är mobila headset där VR-tekniken går.

Vi kan göra Mathes Moores lag genom att ta reda på hur många dubbleringar vi är ifrån att kunna göra fotorealistiska virtuella världar på mobila enheter. High end-datorer är kanske fem dubbleringar (en annan konsolgeneration) bort från att kunna leverera fotorealistiska spelupplevelser på 1080p. För VR behöver vi en dubblering för 3D och tre ytterligare att göra vid 8K per öga som behövs för att eliminera oskärpa och skärmdörrseffekten. För att ta hänsyn till mobilplattformen behöver vi cirka fyra fler dubbleringar för att komma ikapp till avancerade datorer.

Om du kompletterar alla dubbleringar och multiplicerar med de arton månader som dikteras av Moores lag, får du ungefär tjugo år (2035), vilket är den punkt där ingen kommer att kunna berätta skillnaden mellan en VR-scen som gjorts på en smartphone och en gjord på en high-end spel-PC. Vid den tidpunkten finns det ingen anledning att någonsin använda ett PC-driven headset igen.

Fram till den dagen kommer jag misstänka att vi ska se både trådbundna och trådlösa VR-PC-driven VR-headset ett tag. Trådlösa headset kommer att vara bekvämare, men trådbundna headset ger bättre upplösning - åtminstone tills 5G-nät är fullt mogna.

På andra sidan klyftan kommer mobila headset att fortsätta att förbättras och avlägsna marknadsandel från datorn när vi glider tillräckligt långt upp i kurvan med avtagande avkastning, med fler och fler människor villiga att offra en blygsam trovärdighet för flexibilitet . Tävlingen kommer vara hård och förhoppningsvis bra för konsumenten. Personligen kan jag inte vänta.

Upphetsad för trådlösa headset? Vet om en teknik som vi saknade? Låt oss veta i kommentarerna!

Bildkrediter: Barone Firenze Via Shutterstock, “Inspelning Isans ... ”, av Edvvc, “Phubby,” av Kevin Lin, “HTC VR,” av HTC, “Ånglänk,” genom ventilen, “Moores lag,” av Wikimedia

Utforska mer om: Virtual Reality.