阿凡達技術(shù)正在實現(xiàn)：遠程呈現(xiàn)機器人化身

　　遠程呈現(xiàn)機器人，顧名思義，就是用戶能在遙遠的地方通過機器人替身去查看和感知機器人所處的環(huán)境。在太空機構(gòu)、科研和軍用領(lǐng)域，這樣的設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了，它們能帶給研究者和士兵身臨其境的使用體驗，但這些高端的設(shè)備造價高昂，沒幾百萬美元就不要想了。而消費者市場的遠程呈現(xiàn)機器人（如Double或Beam）雖然造價較低，但所能帶來的體驗卻很差勁——不過是傳輸?shù)侥愕娘@示器上面的視頻流而已。

　　現(xiàn)在，一個來自美國賓夕法尼亞大學的機器人專家小組正在使用經(jīng)濟實惠的傳感器、執(zhí)行器和虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Oculus Rift）如搭建一個平臺，來為用戶提供能與高端遠程呈現(xiàn)系統(tǒng)相媲美的價格合理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)名叫DORA （Dexterous ObservaTIonal Roving Automaton輕便型觀察用巡回自動機） 。該系統(tǒng)能夠精確跟蹤人的頭部運動，并將相應的運動傳遞到通過信號連接的機器人上，然后人可以根據(jù)機器人上配置的相關(guān)傳感器反饋的信號獲得身臨其境的體驗。他們的目標是讓用戶能夠遠程操控機器人，甚至會讓用戶忘記自己并不在現(xiàn)場。

　　當你戴上Oculus Rift這樣的虛擬現(xiàn)實設(shè)備時，你就進入到了一個虛擬的世界之中。而隨著該系統(tǒng)能幾乎實時地追蹤你的頭部運動，軟件更新也能以超過你能感知的速度對你眼前的屏幕進行刷新。就我的感覺來說，這個系統(tǒng)的效果非常好，幾乎能讓人短暫地沉浸在那樣的場景中。

　　但是，如果系統(tǒng)中的所有組件并不能完美地協(xié)作，就會對體驗產(chǎn)生巨大的影響。糟糕的時候甚至會讓你感到頭暈目眩。因為我們的眼鏡、內(nèi)耳和大腦對于真實的體驗有嚴格的標準，當我們的各個感受器官不匹配時，會給大腦帶來嚴重的分歧，從而引起不適感。所以我們需要知道怎樣的傳感才是正確合適的。

　　這也是遠程實景體驗難以實現(xiàn)的原因，因為信號傳輸必然存在的延遲，我們只能讓體驗盡可能地完美。所以要解決的問題不僅是設(shè)計出能夠準確跟蹤你的頭部運動的機器人，而且還要讓機器人傳送回來的信息能夠騙過你的大腦，這樣才能呈現(xiàn)出身臨其境的真實體驗。為了實現(xiàn)這一目標，你需要一些復雜的東西，這也是DORA系統(tǒng)試圖成功的地方。

　　“Dora基于基本的人類體驗——也就是通過視覺和聽覺的刺激形成對世界的感知，在忽略微妙的暗示時也使用這種方式實現(xiàn)人與人之間的交互。在其核心，DORA平臺探索當一個人處于某個場景中時和一個人的存在如何對空間中的其他人產(chǎn)生影響時出現(xiàn)的問題。”

　　是的，他們就是這么說的。

　　讓我們來看看DORA的工作過程吧。

　　Oculus頭設(shè)使用IMU（慣性測量單元）追蹤運動，使用紅外信標確定運動位置。然后得到的位置數(shù)據(jù)通過無線信號發(fā)送給機器人上面安裝的Arduino或Intel Edison微控制器，然后機器人在根據(jù)收到的信號做出反應：俯仰、移動、轉(zhuǎn)向、翻轉(zhuǎn)等。

　　DORA的每個相機都能回傳30幀每秒的976 x 582的視頻數(shù)據(jù)，當然，這一參數(shù)比Oculus所能處理的最高分辨率和刷新率都低。這主要是因為DORA還是一個原型系統(tǒng)，在信號處理上進行了一些預留，即使之后研究人員對相機進行升級，整個系統(tǒng)也是能夠處理的。

　　對于這樣一個系統(tǒng)，延遲是其中的一個最大的問題。當你移動你的腦袋的時候，你能預料到進入你視野的場景會發(fā)生怎樣的變化。如果延遲過大，就可能帶來眩暈和惡心的感覺。

　　使用像Oculus這樣的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，傳感器必須要能夠測量你的頭部運動并將數(shù)據(jù)發(fā)送到你的計算機，然后你的計算機必須計算出你視野發(fā)生的改變，并將相應的場景呈現(xiàn)在你的眼前。Oculus曾援引虛擬現(xiàn)實研究的結(jié)論說“60毫秒的延遲是可接受的虛擬現(xiàn)實的上限……而當延遲低于20毫秒時，延遲將變得不可察覺”。

　　DORA面臨的主要挑戰(zhàn)不只是無線網(wǎng)絡(luò)連接的問題，還有機械部件的運動限制問題。DORA的創(chuàng)造者說在典型的使用場景下，系統(tǒng)的延遲為70毫秒。該團隊承認這仍然過高，但還不算完全不能接受，我們期望看到未來能實現(xiàn)更多優(yōu)化。

　　行走中的DORA機器人

　　目前，DORA依靠一個無線鏈路進行連接，工作范圍為7公里。這就是DORA設(shè)計的目的，但如果要將這一系統(tǒng)應用到遠程博物館或遠程控制平臺上，那顯然要將連接過渡到WiFi或4G網(wǎng)絡(luò)上。而這又會帶來額外的延遲，但DORA團隊希望隨著無線基礎(chǔ)設(shè)施的改善，未來可以在更遠的地方訪問DORA。

　　DORA團隊的領(lǐng)頭人是機器人學教授Vijay Kumar稱他們已經(jīng)在50位志愿者身上對這一系統(tǒng)進行了測試，而其中只有三例報告了某種程度的運動不適，不過這和典型的Oculus場景帶給他們的感覺差不多。

　　我自己（筆者）還沒試過DORA系統(tǒng)，但該團隊的成員之一Emre Tan?rgan這樣描述了遠程呈現(xiàn)所帶來的臨場感：

　　“你感覺到你被傳送到了真實世界的另一個地方，而不是處在一個虛擬的環(huán)境中。事實上你可以看見人們和你進行交互，好像他們就在那里，而目前來看要從虛擬場景中實現(xiàn)相同的體驗還比較困難。你可以說虛擬現(xiàn)實使用的實時的計算機圖像不久就能趕上真實世界，但還有一個不同就是DORA帶來的感覺是完全鮮活的。另外像這樣的系統(tǒng)還有內(nèi)在的不可預測性，除非你去過那里，不然你沒法知道你會遇到什么。”

　　該團隊告訴我們他們將進行一些集資活動，并且會正式推出一些產(chǎn)品，但目前該團隊還并未拿出一個切實可行的計劃。其早期的應用市場可能包括相對性控制、博物館這樣的半結(jié)構(gòu)化壞境和一些緊急響應系統(tǒng)；當然，感興趣的玩家也是目標市場之一，而事實上這也是我最感興趣的地方。

　　Suitable Technologies這樣的遠程呈現(xiàn)公司已經(jīng)在測試參觀博物館這樣的遠程呈現(xiàn)體驗了。而使用DORA，你也能獲得相似的體驗，而且還能體會到身臨其境的感覺，而不只是觀看屏幕上顯示的動態(tài)圖像。當然，目前這套系統(tǒng)還不能和真實場景匹敵，但DORA揭示了未來的方向，至少我們離那一天已經(jīng)不遠了。