一、概述

不知道大家發現沒有，相比前幾屆春晚，《2021年春節聯歡晚會》的視覺效果可謂煥然一新，很多節目都可以看到新科技的東西，比如AR、XR、電影特效技術等將現實舞臺上無法完成的效果精彩呈現，融通虛擬空間與現實世界，

相對于一般的AR場景，今年春晚作品在AR創作上更為復雜、精細，而XR技術打造了多場景及空間轉場變化，讓觀眾有移步換景、身臨其境的沉浸式體驗，加之電影特效技術的運用，為電視機及電腦、手機前的觀眾帶來一場突破感官體驗的驚喜之旅，

很多人已經聽過AR技術，它是一種現實增強技術，不過相比于AR技術，很多人或許還沒有聽說過XR技術，

簡單來說，XR是“擴展范圍（extended-range）”的縮寫，未來，人類的互動方式將由2D互動向更具效率的3D互動轉變，3D視覺互動系統則取決于虛擬現實（VR）、增強現實（AR）和混合現實（MR）的發展，這些技術統稱為“擴展現實”（XR），

虛擬現實技術利用頭戴設備模擬真實世界的3D互動環境；增強現實則是通過電子設備（如手機、平板、眼鏡等）將各種資訊和影像疊加到現實世界中；混合現實介于VR和AR之間，在虛擬世界、現實世界和用戶之間，利用數字技術實作實時互動的復雜環境，

二、 VR\AR\XR簡介

VR

虛擬現實技術（irtual Reality的英文翻譯），其最終目標是試圖通過虛擬（欺騙）人類所有感官的方式，將人沉浸的帶入另一個世界，試圖在虛擬世界中重塑物理定律，生化特性，充分發揮人的想象力，是創造一個新世界般世界的偉大工程，其未來發展可以用在塑造全新物理空間和互聯網世界，擴展人對世界的別樣體驗，

虛擬現實技術有以下幾個特點：

注重沉浸性

沉浸性說的就是用戶在使用VR互動設備時，虛擬世界的代入感和設備的體驗感能否讓人感受到身臨其境的感覺，我們已經在無數的影視文學作品和動漫中幻想過類似的場景，如《黑客帝國》《刀劍神域》《頭號玩家》中一樣，與真實世界難以分清的世界，才是一個合格的虛擬現實世界，但是受限于目前基礎科學的技術水平，還做不到完全意義上的沉浸世界，

實作自然的人機互動

肉體感知能力的狹隘和虛擬世界的自由浩瀚是VR技術當前的發展主要矛盾之一，現在人們在探索通過外界機械設備來模擬在虛擬世界的互動反饋來試圖解決這個問題，但虛擬世界中的物體感知很難做到與真實世界相同，凡是涉及力學反饋的（如重力影響的模擬和摩擦力反饋）幾乎都無法實作，基本的抓取與觸摸動作都無法實作真正的模擬，個人認為腦機介面才是未來的終極形態，因為人類只有拋棄繁重無用的肉體，才能擁抱完全意義的虛擬世界，

無限可能

虛擬的世界擁有著無限的可能，所以每個虛擬世界應該有自己獨特的物理規律和世界觀，這和我們生活的物理世界是不一樣的，在真實世界中，發現與利用科學規律是人類生存和發展的根基，而虛擬世界中，想象力才是世界的根基，想象力到哪里，虛擬世界的未來邊界就在哪里，在虛擬空間中每塑造一個新世界，就完成了一次上帝創世的程序，就像《刀劍神域》中的seed一樣，雖然擁有著相同的開源代碼，但不同的人，不同的公司，可以將它轉變為屬于自己的不同世界，正如一千個人眼中有一千個《哈姆雷特》一樣，一千個人眼里就有一千種虛擬世界，

AR

增強現實技術（Argument Reality的英文翻譯），是通過在現實世界中實時顯示附加資訊的方式，來增強人們對于真實世界的資訊獲取，其本質是人們對于實時資訊獲取的一種渴求，隨著AR技術的發展，人們發現冰冷的附加資訊不如將虛擬的資訊和真實世界融合在一起，所以當AR技術發展遇到瓶頸之后，MR/XR技術應運而生，

AR技術的主要特點：

實時連接

AR技術也是伴隨著3G 4G等通信技術的興起而逐漸發展而來的互聯網終端技術，所以其基本要求是實時聯網，實時連接，能夠為使用者提供快捷的資訊服務，

資訊橋梁

AR扮演的是真實世界和互聯網世界的資訊橋梁這一個角色，這主要通過附加資訊的方式來實作，主要目標是為人類在生產生活中隨時獲取到增強資訊，為人類提供更加快捷便利的資訊獲取方式，

遵循物理規則

AR僅僅是為互聯網世界提供了一個輸入輸出介面，人在獲取其增強資訊的時候需要同時保證其自身安全，所以設計的時候需要考慮安全問題，

XR

混合現實技術（Mixed Reality的英文翻譯）源自AR技術的延伸和發展，人們發現AR技術提供的冰冷的附加資訊十分突兀且功能有限，一群天才科學家和極客們開始暢想將虛擬世界與真實世界整合到一起，MR技術隨之而生，

較早實作MR商業化的企業是微軟，于2015年1月22日發布了旗下第一代MR頭盔HoloLens，通過復雜的光導系統將顯示資訊附加于真實世界的之上，通過TOF技識訓取周圍空間的三維資料并構件空間模型，在空間模型的基礎上附加顯示，（微軟在XBOX的Kinect套件上獲得了重要的技識訓累）微軟首先集成并實作了對真實世界的建模及資訊附加的功能，

現在，我們可以看到蘋果，谷歌，微軟，華為等大型科技企業都在爭奪這個全新的互聯網入口，分別進行了大量的技術布局和探索，蘋果建立了數千人的AR研發團隊并開發了ARKit ；谷歌為安卓平臺開發了ARCore，方便于安卓開發者 對其進行呼叫與開發；華為利用麒麟芯片內集成的強大的AI芯片開發了HUAWEI AR Engine系統，實作了運動跟蹤、平面檢測、光照估計、命中檢測、手勢識別、手部骨骼跟蹤、人體姿態識別、人體骨骼跟蹤等重要的AR基礎功能，并且在2019年8月11榷訓為開發者大會上推出了Cyberverse（河圖）虛實融合技術，為其MR技術的進一步發展打下了根基，

XR技術的遵循以下特點：

部分遵循物理規則

MR的最終目標是將虛擬世界和真實世界融為一體，而非是VR那樣子的假冒世界，所以需要遵循真實世界的部分物理規則，使得人的感知器官能夠很好的捕獲附加的光學資訊，

光的魔法

MR的核心技術在于如何將虛擬世界的物體，與真實世界的視覺相結合，而MR眼鏡就是就是其中的橋梁，MR眼鏡的光學組件將虛擬的資訊疊加于真實的光照資訊之上并共同輸入人的眼睛中，讓人類視網膜獲取到的光子中既包含真實世界的光子，也包含虛擬世界的光子，二者相疊加，構成了全新的視覺世界，

讓世界充滿更多可能

不僅僅是遵循真實世界的軌跡，更可以脫離物理，來塑造一個全新的， 真實與虛幻相結合的世界，我們不僅僅可以通過MR技術隨時獲取到更多的資訊，并且能夠與虛擬世界中的元素進行實時互動，并且能夠讓虛擬元素融入我們的日常生活，

XR技術剖析

其實，XR技術也不是什么新名詞，很多現實場景都可以看到它的影子，如地圖的AR步行導航，SteamVR追蹤器，眾所周知，XR技術是一種融合AR、VR、MR技術的擴展顯示技術，那XR技術是如何融合，又是如何在螢屏面前實作炫酷畫面的呢？

XR場景技術框架包括由LED顯示屏組成的拍攝場地、攝像機、物體位置追蹤與定位技術、實時圖形渲染引擎（AR技術）、高速低延遲的網路等幾大元素組成，最后將加大元素組合的內容傳輸顯示螢屏前，就成為炫酷的逼真的XR場景，其整體技術框架如下圖所示，

XR場景的實作，首先將虛擬環境傳輸至現場的LED顯示屏，采用物體位置追蹤與定位技術對物體進行跟蹤拍攝，并將素材傳回至實時圖形渲染引擎，與此同時，視頻服務器則用本地化運行邏輯運算進行人物手勢分析及圖形渲染，輸出立體的逼真的AR內容與拍攝素材互動呈現，而在螢屏前呈現的內容就是XR場景，值得注意的是，在現場還需要強大的網路支持，為實作XR低時延互動、全景視頻等內容大帶寬下發等提供強有力的支持，

可以發現，XR場景就是基于現實場景，與后臺炫酷的AR內容進行結合互動而來的，所以XR技術被譽為AR、VR、MR技術的融合，

案例

案例1

上面是《只為夢中與你相遇》的一段場景，首次采用虛擬拍攝方式，把 XR作業流程與影視行業的作業流程相結合并實行最終內容的輸出，短片現場無實景、無綠幕，實時渲染場景，而演員在LED螢屏所構建的空間中進行表演，在場景渲染上，XR擴展現實使用實時渲染引擎搭建拍攝場景，通過媒體服務器輸出合成，運用攝像機追蹤系統定位空間位置資訊，實時映射人物與場景的空間關系，實時渲染技術將照片級別的動態數字場景，在LED螢屏上還原，并實時呈現并輸出一個無死角的虛擬場景，最終形成具有XR場景的短片，

案例2

2020年1月10號，我國"奮斗者"號載人潛水器成功坐底馬里亞納海溝的重要時刻，中央廣播電視總臺央視新聞頻道、央視新聞新媒體通過xR虛擬演播進行了同步科普講解，用虛擬環境將 LED 螢屏之外的現實環境實時覆寫，并完成虛擬環境拓展的處理，詳細地說就是，攝影機追蹤系統 Mosys 的運用使得直播中的現場攝像機與虛擬攝像機始終保持一致與同步，并在 XR 虛擬演播室現場使用了1臺 disguise vx4 媒體服務器，作為虛擬渲染引擎增強渲染和控制，而作業流程將 AR 技術帶入環境之中，通過使用 Black Trax 動態追蹤系統實時了解參演者和虛擬影像的位置，從而與 CG 內容更好的互動融合，給觀眾一種身臨其境的體驗，將視覺效果的傳遞提升到一個新的維度，與全國觀眾全景體驗大洋10909米處的至深之藍，

雖然XR技術才剛剛興起，但目前應用范圍已經逐漸被拓寬，技術也愈加成熟，隨著小間距顯示技術的進一步成熟，以及點間距的進一步下探，高清細膩且可以實作裸眼3D顯示，并且隨著5G網路的進一步落地，XR技術知名度的持續提升，以及相關人員技術培訓體系的完善等，都將推動XR技術開始走向成熟，