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工业 4.0 元宇宙解锁：AR/VR、AI 和 3D 技术如何推动下一次工业革命
由虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR) 组成的沉浸式混合现实和扩展现实技术仍然是业务创新和扩张的关键驱动因素。 通过改变公司运营、与客户互动和实现目标的方式，这套技术解决方案对多个行业产生了重大影响。
尽管仍处于起步阶段，但预计到 100 年，AR 和 VR 的全球用户数量将超过 2027 亿1。 在实现这一趋势的过程中，采用 AR/VR 应用程序开发服务为其用户创造沉浸式体验的组织显然将在今天和不久的将来脱颖而出。
什么是AR/VR
增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 旨在改善用户对数字世界的感知和交互，是两种独立但相关的技术。 AR 和 VR 之间的主要区别在于所使用的设备和体验的本质：AR 发生在现实世界环境中，而 VR 则完全是虚拟的。
AR 和 VR 都属于沉浸式技术类别，称为 XR（即扩展现实）。 还有混合现实（MR），本质上是增强现实（AR）和虚拟现实（VR）的结合。 它将物理世界和数字世界结合起来，构建一个他们并肩生活并实时交流的空间。
通过将图像、视频和 3D 模型等数字数据叠加到物理环境中，增强现实 (AR) 可以改善用户感知周围环境并与其交互的方式。 数字内容通常使用智能手机、平板电脑或专用 AR 眼镜实时显示。
在仍然了解周围环境的同时，AR 技术的用户可以查看虚拟对象并与之交互。 AR 应用广泛存在于制造、建筑、零售、医疗保健等多个领域。
虚拟现实可以将用户完全沉浸在模拟的数字环境中，并且可能与现实世界完全不同。 用户佩戴 VR 耳机时进入的虚拟世界可以进行交互并对其动作做出响应。
该技术旨在让用户感觉自己实际上是在虚拟环境“内部”，从而为他们提供临场感和沉浸感。 AR 和 VR 都具有独特的品质，可以带来有趣的商机。
更有趣的是，这些沉浸式混合现实技术与 3D 人工智能 (AI)、机器学习 (ML)、云服务和物联网 (IoT) 相结合，为从培训、设计、工程、生产、机器人技术等各个方面提供动力跨行业企业的自动化，特别是在不断发展的电子商务环境中。因此，制造、医疗保健、技术、建筑、能源、汽车、航空航天和金融服务（仅举几例）领域的企业更具竞争力，并为未来的增长做好了准备。
最终，这些技术将被用来帮助公司做出更明智的决策，并实质上补充人力资本，以更好地服务客户。 通过这样做，组织可以为客户（无论是最终消费者还是供应链上的合作伙伴）创造更强大和个性化的体验。 在每种情况下，聪明、精明和成功的组织都会将其工作负载基础设施迁移到云环境，以启动和管理可扩展运营的新工具。
沉浸式混合现实继续给企业带来挑战
挑战在于，这些技术需要大量数据、以无可挑剔的速度处理大量数据的能力，以及在传统办公环境中通常不允许的计算机环境中扩展项目的能力。
希望通过虚拟世界利用“工业 4.0”的企业需要真实和虚拟世界的精确和持久融合。 这意味着以真实的细节渲染复杂的模型和场景，以正确的比例和准确的姿势在正确的物理位置（相对于真实世界和虚拟世界）进行渲染。 想想利用 AR/VR 设计、构建或修复航空发动机组件或医疗应用中使用的先进手术设备所需的准确性和精确性。
如今，这一目标是通过使用一台或多台服务器的独立 GPU 并将渲染帧无线或远程传输到头戴式显示器 (HMD)（例如 Microsoft HoloLens 和 Oculus Quest）来实现的。
3D 和 AI 在沉浸式混合现实中的重要性
混合现实应用的关键要求之一是在对象上精确叠加其模型或数字孪生。 这有助于提供装配和培训的工作指导，并发现制造中的任何错误或缺陷。 用户还可以跟踪对象并随着工作的进展调整渲染。
大多数设备上的对象跟踪系统使用 2D 图像和/或基于标记的跟踪。这严重限制了 3D 中的叠加精度，因为 2D 跟踪无法高精度地估计深度，从而无法估计比例和姿态。这意味着，即使用户从一个角度和/或位置观看时可以获得看起来不错的匹配，但当用户在 6DOF 中移动时，叠加层会失去对齐。此外，在大多数情况下，对象检测、识别及其尺度和方向估计（称为对象配准）是通过计算或使用带有标准训练库的简单计算机视觉方法（例如：Google MediaPipe、VisionLib）来实现的。这对于常规和/或更小和更简单的对象（例如手、脸、杯子、桌子、椅子、轮子、规则几何结构等）效果很好。但是，对于企业用例中的大型、复杂对象，标记的训练数据（更重要的是） 3D）不容易获得。这使得使用基于 2D 图像的跟踪来对齐、覆盖和持续跟踪对象并将渲染模型与其在 3D 中融合变得困难（如果不是不可能的话）。
企业级用户正在通过将 3D 环境和 AI 技术运用到其沉浸式混合现实设计/构建项目中来克服这些挑战。
基于深度学习的 3D AI 允许用户在 3D 空间中高精度地识别各种方向的任意形状和大小的 3D 物体。 这种方法可扩展为任意形状，并且适合在需要渲染复杂 3D 模型和数字孪生与其现实世界对应物的企业用例中使用。
它还可以进行缩放，以将部分完成的结构与完整的 3D 模型进行匹配，从而允许持续的构建和组装。 用户通过该平台方法在对象注册和渲染中实现毫米级的精度，克服了当前仅设备方法的限制。 这种 3D 对象跟踪方法将允许用户真正融合企业应用程序中的真实世界和虚拟世界，从而开启许多用途，包括但不限于：使用精确的上下文工作指令进行培训、构造和装配中的缺陷和错误检测以及 3D 设计和安装。具有真人大小的 3D 渲染和叠加的工程。
为什么在云环境中工作至关重要
企业和制造商应该谨慎对待如何设计和部署这些技术，因为它们所构建的平台和最大化使用的平台存在很大差异。
尽管 AR/VR 等技术已使用多年，但许多制造商已在设备上部署虚拟解决方案，所有技术数据都存储在本地，这严重限制了当今虚拟设计所需的性能和规模。 它限制了组织之间进行知识共享的能力，这在设计新产品和了解虚拟构建的最佳方式时至关重要。
如今，制造商正在利用基于云（或基于远程服务器）的 AR/VR 平台克服这些限制，该平台由分布式云架构和基于 3D 视觉的 AI 提供支持。 这些云平台提供所需的性能和可扩展性，以快速、大规模地推动行业创新。
