你對阿凡達(dá)電影中的遠(yuǎn)程機(jī)器人還有印象嗎？ 遠(yuǎn)程呈現(xiàn)機(jī)器人，顧名思義，就是用戶能在遙遠(yuǎn)的地方通過機(jī)器人替身去查看和感知機(jī)器人所處的環(huán)境。在太空機(jī)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(yuǎn)程呈現(xiàn)機(jī)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(xué)的機(jī)器人專家小組正在使用經(jīng)濟(jì)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(yuǎn)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(jī)) 。該系統(tǒng)能夠精確跟蹤人的頭部運動，并將相應(yīng)的運動傳遞到通過信號連接的機(jī)器人上，然后人可以根據(jù)機(jī)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(biāo)是讓用戶能夠遠(yuǎn)程操控機(jī)器人，甚至?xí)層脩敉涀约翰⒉辉诂F(xiàn)場。

當(dāng)你戴上Oculus Rift這樣的虛擬現(xiàn)實設(shè)備時，你就進(jìn)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(jìn)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?xí)屇愀械筋^暈?zāi)垦?。因為我們的眼鏡、內(nèi)耳和大腦對于真實的體驗有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)我們的各個感受器官不匹配時，會給大腦帶來嚴(yán)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(yuǎn)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(zhǔn)確跟蹤你的頭部運動的機(jī)器人，而且還要讓機(jī)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(biāo)，你需要一些復(fù)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(dāng)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(biāo)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(jī)器人上面安裝的Arduino或Intel Edison微控制器，然后機(jī)器人在根據(jù)收到的信號做出反應(yīng)：俯仰、移動、轉(zhuǎn)向、翻轉(zhuǎn)等。

DORA的每個相機(jī)都能回傳30幀每秒的976 x 582的視頻數(shù)據(jù)，當(dāng)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(jìn)行了一些預(yù)留，即使之后研究人員對相機(jī)進(jìn)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(dāng)你移動你的腦袋的時候，你能預(yù)料到進(jìn)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(jī)，然后你的計算機(jī)必須計算出你視野發(fā)生的改變，并將相應(yīng)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(dāng)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(jī)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(tuán)隊承認(rèn)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(jī)器人

目前，DORA依靠一個無線鏈路進(jìn)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(yīng)用到遠(yuǎn)程博物館或遠(yuǎn)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(tuán)隊希望隨著無線基礎(chǔ)設(shè)施的改善，未來可以在更遠(yuǎn)的地方訪問DORA。

DORA團(tuán)隊的領(lǐng)頭人是機(jī)器人學(xué)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(jìn)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(tuán)隊的成員之一Emre Tan?rgan這樣描述了遠(yuǎn)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(jìn)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(jī)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(yù)測性，除非你去過那里，不然你沒法知道你會遇到什么。”

該團(tuán)隊告訴我們他們將進(jìn)行一些集資活動，并且會正式推出一些產(chǎn)品，但目前該團(tuán)隊還并未拿出一個切實可行的計劃。其早期的應(yīng)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(yīng)系統(tǒng);當(dāng)然，感興趣的玩家也是目標(biāo)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(yuǎn)程呈現(xiàn)公司已經(jīng)在測試參觀博物館這樣的遠(yuǎn)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(dāng)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(yuǎn)了。