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在最近幾年里，元宇宙這一概念大火，許多人也發出了疑惑——我們距離元宇宙究竟還有多遠的距離？關于這個問題的回答，我們不妨先從硬件層面入手，聊聊我們可以怎樣進入元宇宙。本文作者就從硬件層進行了解讀，一起來看。

如果說元宇宙的終點是Z，我們現在可能剛摸到A的門檻。

咱們不畫大餅，也不為了騙投資人和股民瞎吹概念，好好地用人話介紹一下到底元宇宙是個什么東西，以及我們想象中的元宇宙和現階段實際情況有多大的鴻溝，系列文章將從硬件、軟件、場景與產業幾個方面來解讀元宇宙發展現狀與未來。

先不妨場景化一點，提個問題——我們怎么才能進入元宇宙？這是問題是硬件要回答的。從最理想的情況來看，元宇宙的入口應當是成熟后輕便、高保真、廉價的腦機接口?；氐浆F實中來，入口包括了手機、PC、VR/AR、腦機接口。不過在我看來手機和PC完完全全是概念碰瓷，我的評價是別來沾邊。至于腦機接口又太過遙遠，因此當下最接近元宇宙的入口，就是VR/AR與它的配套設備。

一、VR

1. 現狀概述：高端VR設備價格昂貴且遠未達人眼分辨率

如何評價目前的硬件水平也就是元宇宙入口建設？四個字——勉強能用。元宇宙是需要沉浸感的，視聽體驗的聽覺很好解決。而視覺則不然，為了能盡可能地達到人眼的水平，得付出極大的努力。

VR頭顯清晰度的評價指標和手機電視顯示器的有些差異。我們看傳統的顯示設備，評價的指標主要就兩個——尺寸和分辨率。VR的評價指標則是最看重FOV(視角場)以及二者綜合的PPD(角分辨率)，也就是眼睛能看到多少東西以及看得多清晰——最大視角范圍內的等效人眼分辨率。

市面上的設備，清晰度做得怎么樣？個人使用者可以買到的（含閑魚渠道）最好的設備是Varjo VR-3，在視野甜蜜點可以達到70PPD即人眼分辨率，但價格也傲視群雄，含稅價3.5萬人民幣。值得注意的是，并非硬件設備頂配了，就一定能看到非常清晰的畫面，清晰度也同樣取決于建模的精細度。

2. 名詞解釋

1）一體機與PCVR

以是否需要額外的個人電腦為分界，VR有兩個派別即一體機和PCVR（包含PSVR）。下面用一張表來描述一體機與PCVR之間的主要區別。

① 一體機

一體機顧名思義，顯示與計算是一體的，戴在頭上就能使用，無需再連接別的設備，在一體機領域，全球最火的產品是Meta的Oculus Quest 2，銷量接近2000萬臺。而國內VR一體機賣得最好的是字節跳動的Pico系列，累計銷量大概90萬。

一體機的優點是便攜、易上手、操作友好以及便宜一言以蔽之就是門檻低。相比PCVR搭配定位基站動不動就需要大幾千元~上萬元的價格，上文所述Quest 2和Pico 4目前價格都在2000元左右，如果是為了簡單地體驗VR嘗個新鮮，一體機可以說是所有人的首選。但受限于價格與重量，一體機舍棄掉了對性能的追求，大部分一體機的芯片都是曉龍XR2，等效于手機芯片曉龍865的計算能力，因此有很明顯的性能天花板，無法體驗最前沿的VR內容。

② PCVR（不單獨介紹PSVR）

PCVR需要一臺個人電腦來配合使用，大部分PCVR并不支持裸機直接游玩。PCVR的性能上限取決于你的個人電腦的性能上限，因此具有很高的天花板。

一般來說，選擇PCVR的用戶是重度的VR玩家，因為需要克服諸多不便（有線、定位基站、電腦輔助、很重）換來體驗上的提升。這里的提升主要指的是更高質量的VR軟件方面，例如模擬飛行、模擬駕駛、數字孿生工廠、高質量游戲等。主流的一套PCVR+PC+定位基站的價格大概1.5萬元左右，是一筆非常巨大的投入。

2）關于PPI，FOV，PPD

① PPI

PPI是”像素每英寸”（Pixels Per Inch）的縮寫，是用來描述顯示設備像素密度的度量單位。PPI表示在顯示設備上每英寸的水平和垂直方向上所能顯示的像素數目。PPI數值越高，顯示屏幕的像素密度就越高，圖像顯示效果也會更加清晰和細膩。

對于手機來說，PPI達到300即每英寸有300個像素即達到人眼分辨率看不出像素點了。但對于VR來說不行。就像你從遠處看一塊LED電子大屏，它的像素感不強，但如果走到屏幕下則能看到像素塊。這是因為在你的視野里，每英寸占據視(FOV)的范圍變大了，因此對每英寸像素密度的要求更高了。

② FOV

FOV是“視野”（Field of View）的縮寫，是指在特定觀察條件下，人眼或者攝像機所能看到的范圍或角度。在VR中，FOV用于描述VR所能夠捕捉到的視野范圍。

FOV通常通過度數或者角度來表示，例如水平FOV、垂直FOV等。較大的FOV意味著可以觀察到更廣闊的區域，而較小的FOV則意味著視野范圍較窄。

人類雙眼最大FOV大致為188度，雙眼重合FOV為124度。如果以此為及格線來參考，主流的VR設備大部分沒有合格，因此在實際戴上頭體驗后，會感受到視野有黑邊從而折損體驗的沉浸感。

③ PPD

PPD（ Pixel Per Degree），即每一度視場角的像素數。以視網膜屏手機為例，當用戶在40cm左右處使用手機時，手機屏幕在用戶視野中水平所占據的度數大約是10度（iPhone4）。而因為iPhone4手機屏幕寬度是 640 個像素，所以，相當于，每一度視場角，被分配了 64 個像素，即 64PPD，而用戶此時就是無法分辨像素顆粒度的狀態。

對于VR頭顯來說，由于視場角各異，單純地看屏幕分辨率和PPI并不足以用來評判屏幕的清晰度，4k27寸屏幕顯示器在視野中的角度與VR頭顯相比差遠了。而即使60度FOV的4k分辨率和120度FOV的4K分辨率也完全不可一概而論。例如GOOVIS雖然畫面很清晰，但是FOV只有65度，所以在宣傳與售賣上都只說自己是巨幕顯示器而非VR。

而相對應的，18PPD等效人眼分辨率720P，27PPD等效人眼分辨率1080P，36PPD等效人眼2K，大致可以做這層換算。而在今年WAIC上，小派科技副總裁李杰也分享了自己的觀點，8K清晰度（110FOV，35PPD，等效人眼2k分辨率）是良好視覺沉浸體驗的起點。

3）各類動作識別

Apple將VR這一概念用空間計算來詮釋，一是為了掌握名詞定義權，二來也確實妙。VR關于一切動作、行為的識別基礎就在于判斷物體在空間中的位置、用戶在空間中的位置、再細拆一點即身體、腿部、手部、面部、眼睛在空間中的位置。

為了獲取到各個維度的空間信息，當然需要非常多的攝像頭。攝像頭放在哪里？最符合直覺的做法是，Outside-in也叫燈塔定位，把定位基站架在客廳就好了，四個角落里放上兩個，就能把用戶全覆蓋了。這個解決方案的優點是性能很好，準確度高，但缺點也顯而易見——需要一個大客廳，且需要承擔兩個定位基站的費用。

燈塔定位的方案通常是PCVR所采用的，在一體機上，則采取Inside-out定位方法，即通過VR頭顯的攝像頭捕捉周邊環境并映射到虛擬世界中，同時用陀螺儀加速計來進行輔助，這樣就能根據用戶頭部的傾斜旋轉給出對應的虛擬世界定位。例如Quest 2有四顆廣角攝像頭來識別環境，Vison Pro則有著夸張的十二顆攝像頭用來做一系列的參數接收。

如果對精度有更高的要求，可以再額外在身體上佩戴幾個傳感器。舉個非常好理解的例子，任天堂的NS Sports的足球游戲中，會推薦玩家把Joycon手柄綁在腿上，然后做出踢球的動作，玩家的角色便能執行對應的指令。而為了提高VR的沉浸感以及與其他玩家的交互，一些發燒友甚至會購買十來個追蹤器綁在身上。

然后再介紹一下手柄和手勢識別。VR手柄通常被設計成符合握持習慣的形狀，各個按鍵對應著不同的輸入指令以實現對虛擬世界的控制，同時由于外部攝像頭與手柄本身定位系統的反饋，得以讓手柄在虛擬空間中的位置被準確識別。手勢識別則是通過攝像機獲取手部動作并對特定的手勢添加指定邏輯，例如APPLE VISION PRO中展示的，食指拇指合并觸碰即點擊。

最后還有一環，就是覆蓋在VR頭顯內的面部，能被追蹤識別么？答案是YES，在VR頭顯對內的一面安裝傳感器就好了，以HP Reverb G2 Ominicept這款頭顯為例，額頭部分有一個傳感器用來感應心跳，鏡片的周圍是眼球追蹤，鼻子下面是面部追蹤。靠這幾個傳感器就實現了對眼動、表情和心跳的識別。

二、萬向跑步機

如果想要自由地把自己的運動對應到虛擬世界中，要么你有個巨大無比的客廳或者主題公園不用擔心兩眼一黑撞到墻上。要么就需要你妥協，退而求其次選擇模擬運動。這就是萬向跑步機解決的需求，萬向跑步機大致有兩種形態——履帶真實移動和光滑平面原地打滑。

用履帶來實現行走、跑步是符合直覺的，因為和普通跑步機的。其與普通跑步機不同的地方在于萬向跑步機可以通過對用戶運動路線的識別來控制履帶的反向滾動使用戶一直原地跑步/行走。

光滑平面原地打滑的解決方案，則是通過特制的鞋子和特制的底板的摩擦來判斷用戶是否運動以及在往哪個方向運動，這種做法拋棄了履帶，所需要的空間相對較小，但行走的不自然感也相對較強（更像是蹭著走路）。這種解決方案里，機器往往長下面這樣。

另外還有個試驗性的解決方案，即只穿鞋子，當向前走時，位于每只靴子底部的電動輪子會巧妙地將穿著者重新定位到原來的起始位置。這種解決方案的妙處在于無需大的空間與復雜的準備工作，但相對應的危險性（滑倒）以及沉浸感會下降。

雖然后續階段的萬向跑步機都朝著小空間方向努力，但是跑步體驗仍然是第1階段的跑步機最流暢，如何克服空間與動作流暢的矛盾，應該是萬向跑步機發展的方向。

三、腦機接口

腦機接口聽上去是個很科幻的事，但實際上已經發展非常長一段時間了，但由于安全、道德、商業化難的問題，成果并不怎么驚訝到被大眾所知。話說回來，腦機接口分為侵入式、非侵入式、部分侵入式三種模式。侵入式腦機接口接收的信號來源于顱內，信號強，有創；非侵入式接口信號來自于頭皮，信號弱，無創。

先不論原理，來看看腦機接口近些年較為代表性的例子，一覽目前的發展階段：

• 2016年10月，美國匹茲堡大學教授Andrew B.Schwartz使用皮層微電刺激技術實現手部觸覺重建；
• 2019年4月，加州理工教授Richard A.Andersen在病人后頂葉皮層植入電極，實現意念控制機械手完成喝啤酒；
• 2019年10月，法國格勒諾布爾阿爾卑斯大學教授Alim-louis Benabid采用硬膜外皮質腦電與無線傳輸，成功實現癱瘓病人外骨骼操控，實現緩慢行走與暫停；
• 2020年12月，約翰霍普金斯大學通過將六個微電極植入左右腦區，首次實現腦控一雙機械臂完成切蛋糕與吃蛋糕等復雜任務；
• 2021 年 4 月，Neuralink 在猴子大腦中成功植入腦機接口，并演示了玩乒乓球電子游戲等操作；
• 2021年/2023年，斯坦福發表文章報道漸凍癥患者想象說話，系統逐個輸出想說單詞的工作。

從上面舉的幾個例子里不難看出，現階段腦機接口應用集中在醫療層面，主要是通過與神經信息的互動來實現對病人的治療。盡管馬斯克在2021年12月采訪中就大放厥詞“高階的neural link將實現真正的虛擬現實”，但是通過腦機接口電信號模擬五感，以及使用意念操控虛擬世界這事看上去依舊是遙遙無期。

參考資料：

[1]bilibili.我搞了一臺三體電視劇同款VR裝備，聊聊我的體驗和分析.https://www.bilibili.com/video/BV1QM411w7h4/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=7a0c3cb7c43c2f8e17e7b6d6a307bf01

[2]企鵝號.Quest系列VR頭顯銷量近2000萬，Quest 2銷量超1800萬.https://cloud.tencent.com/developer/news/1016586

[3]百家號. VR中的視場角FOV到底是什么？今天帶你看懂它 .https://baijiahao.baidu.com/s?id=1760247968717626323&wfr=spider&for=pc

[4]知乎.聊一聊VR虛擬現實（八）：VR視頻的清晰度.https://zhuanlan.zhihu.com/p/78704932

[5]新浪新聞.馬斯克的腦機接口公司Neuralink獲準啟動人體臨床試驗.https://finance.sina.com.cn/stock/usstock/c/2023-05-26/doc-imyvaceh4814184.shtml

[6]智東西.腦機接口深度報告！四大關鍵技術讓科幻走進現實 | 智東西內參.https://zhidx.com/p/355907.html

[7]新浪新聞.估值50億美元，馬斯克又一家公司火了！腦機接口將成下一個風口？.https://finance.sina.cn/tech/csj/2023-06-14/detail-imyxfafp4013077.d.html?vt=4&pos=108

[8]Infinadeck官網.https://www.infinadeck.com/

[9]KAT官網.https://www.katvr.com/

[10]PAOKA科普貼.VR/AR頭顯的PPD是什么意思?和PPI有什么區別？.https://m.paoka.com/info/478

[11]百家號.Valve一體機將至，基站定位會被淘汰嗎？.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1713672955921899883&wfr=spider&for=pc

[12]惠普官網.https://www.hp.com/us-en/vr/reverb-g2-vr-headset-omnicept-edition.html#tab=getstarted