什么是扩展现实？它又如何从根本上改变我们的行业？

扩展现实走进现代生活已有数十年的时间。从上世纪90年代初的虚拟现实（VR）街机游戏到Snap AR上提供的数百万个增强现实（AR）镜头，扩展现实的发展势头越来越强劲。根据研究小组Statista的数据预测，全球的扩展现实市场规模在2021年的时候为310亿美元，到2024年将暴增到3000亿美元。

毫无疑问，人们对扩展现实的热情日益高涨，其部分原因是马克·扎克伯格最近宣布将Facebook更名为Meta，并公布了公司为元宇宙（metaverse）制定的计划，这是互联网朝着三维方向发展的演变过程，人们可以在共享的虚拟场所聚会、工作、锻炼、表演和社交。

扩展现实的应用已经在娱乐和游戏领域中得到了广泛的应用，目前正在迅速地扩展到新的行业。汽车公司正在使用扩展现实进行设计，设计师可以在这种环境中创建新车型系列的三维概念，然后共同对设计进行审核。Mayo Clinic等医疗保健机构正在应用这种技术来制定交互式的术前计划，协助心脏手术并培训外科手术团队。建筑公司正在为安装人员配备增强现实眼镜，以提高框架建造和线路安装的速度和质量。影片制作室也在使用扩展现实来创造梦幻般的三维逼真世界，就像迪士尼的《曼达洛人》（The Mandalorian）一样。

XPLR Design设计公司的首席探索员Nick Roseth说：“我们已经超越了二维技术，现在进入三维技术。无论我们谈论的是可视化还是三维音频（就像苹果公司在这一领域所做的那样），我们都在创造更加真实和身临其境的体验，而不仅仅是看着我们的手机、平板电脑或电脑。”

那么扩展现实究竟是什么？它在当今的行业中是如何使用的？这种日新月异的技术的前景是怎样的？下面就让我们对这些问题进行逐一探讨。

虚拟现实

虚拟现实让人们沉浸在数字世界中，从而体验数字对象的真实深度和丰富视觉。借助传统的人机界面，人们可以通过二维视图间接地进入交互式三维世界。但有了虚拟现实，人们就会沉浸在该物体的世界中，人们对它的感受是，它好像就是真的一样。

增强现实

增强现实可以让人们采用一种交互的形式以及在空间上与其保持一致的方式将虚拟对象带入现实世界。在虚拟现实中，人们进入物体的世界，而增强现实则将物体带到人们的世界中。

混合现实

混合现实描述了虚拟世界和物理世界之间的连续统一体。在这个连续统一体的一端是虚拟现实的体验，另一端则是增强现实的体验。在虚拟现实上加上现实世界的元素（比如视频传递）则会进一步推动人们对物理现实的体验。相比之下，在增强现实体验中添加虚拟对象（用以取代或掩饰真实世界）则会将这种体验推向数字化现实。我们可以想象，一张全息图像可以放置在现实世界中，就好像它真的存在一样。

2021年11月，来自波音公司、Mayo Clinic、麦肯锡和Bristol Myers Squibb等企业的领导人齐聚在加利福尼亚州圣克拉拉的增强现实世界博览会（AWE）上，讨论目前和将来对扩展现实的使用。会议上多次听到的一个术语就是_转型_。这种新的转型意味着人们将更彻底地脱离通讯录、绘图表和纸张的时代：这是一种大规模的组织变革，在这种变革中，融合了虚拟和物理世界的三维沉浸式技术正在改变着团队协作、设计和产品开发以及为客户服务的方式。

扩展现实在工程建设行业中的使用

在采用扩展现实方面，工程建设行业走在了前面。该技术用于规划建筑项目、审核和优化模型、改善工地的协调和质量控制，以及在建筑的整个生命周期内对其进行管理。

1. 项目规划

有些决定牵涉到巨大的成本，在做出这样的决定之前，企业可以将三维智能模型的剖面图覆盖到现实世界中的工地上，使用扩展现实对设想的情景进行推演，Gilbane建筑公司、麦肯锡建筑和Gensler等公司目前已经在使用这一技术了。宜家的潜在客户可以使用增强现实应用程序将数字渲染的三维家具放置在自己的客厅中，以便检查尺寸是否正确，是否与周围的装饰相匹配，同样，公司也可以使用第三方应用程序来确定设计方案是否与现场的实际条件相一致。

欧特克公司的技术客户专家Viveka Devadas介绍说：“如果工作的对象是一个空的停车场，你可以将二维计划投影到这个空的停车场的物理空间，或者使用增强现实应用程序使三维模型具象化。这对我们来说太有用了，因为我们可以在早期规划和概念阶段就发现潜在的冲突。”

在早期阶段将三维建模程序（如欧特克Revit）的设计引入虚拟现实，可以让建筑师在做出昂贵的或不可撤销的决策之前对相关的空间做到心中有数。欧特克公司新兴扩展现实技术部门的高级经理兼首席工程师Hans Kellner说：“在建筑领域，人们难以感受到正在构建的实际空间，扩展现实确实帮助解决了这个难题。现在，建筑师可以进入虚拟现实中的沉浸式环境，然后惊讶地发现‘这个体积比我预期的要大很多，’或者‘实际上这座建筑感觉很冷，因为它的体积太大了。’”

2. 设计协作和审核

设计协作的工作不必亲自到办公室去或使用本地服务器。如果合作各方可以访问支持扩展现实的设备，那么无论他们来自世界的什么地方（以化身为代表），都可以在同一三维模型内共同完成设计审查。

Devadas说：“这项技术可节省大量的时间和精力。过去的传统做法是，我们把所有的东西都放在墙上，所有人都在会议室里进行模型制作，然后回到计算机上进行更改。现在，我们可以在现场做出设计决策，也就是在虚拟空间，并与多学科团队展开协作。”

不过，从不同位置查看三维虚拟空间并不是扩展现实的唯一优点。建筑物骨架的配置（框架、管道、气阀和电气导管）可以从设计审核的软件包（如欧特克Navisworks）中受益，该软件包可使团队对三维模型进行实时浏览并将潜在的系统冲突或测量差异标记出来。

3. 工地现场协调

有许多公司在预建造阶段往往要使用模拟的虚拟现实环境改善对工地的人员、设备和材料的协调。起重机能否在不受干扰的情况下抓取到建筑材料并将其运送到正确的楼层？对于一辆供给车辆来说，穿越一座繁忙城市的中心并进入工地的最佳路线是什么？Kellner说，这些问题最好是在采购和安装材料和设备之前得到解答，而虚拟现实提供了一种经济高效的方法。

Roseth说：“在双子城这里，Cargill是我们最大的公司之一。在新冠疫情期间，他们仍然需要做他们的工作，但工地上不允许有一群人来做这些工作。因此，他们找到所有的（微软）HoloLens，以便可以继续远程工作，并将信息源源不断地传回到在家工作的人员。而在之前，你只能无奈地说，‘我们现在要进行检查（或者概览，或者作一些设计规划），但在这里工作的人员只能有10个人。’”

4. 实时安装指南

麦肯锡建筑部门产品管理总监Dace Campbell介绍说，在建造工程的后期阶段，增强现实可以帮助安装人员随时随地查看所需的1:1 BIM（建筑信息模型）数据。当麦肯锡与Emerald开发集团和Bouten建筑公司在华盛顿州斯波坎市共同承担一个大学健康科学学院的建筑工程时，工作人员在安装管道吊架时使用的就是装有基于云的Spectar软件的HoloLens头盔。工作人员不是查看地面层面的二维规划，而是查看天花板层面管道吊架床连接点的全息视觉叠加。

由于安装人员的设计内容直接位于他们的视野范围内，并且不必在剪刀式升降机上反复上下移动，他们的工作速度加快了许多，安装每个吊架大约节省3.1分钟，或大致节省40%的人工时间。在类似的项目组合中，这种软件预计每年可为麦肯锡节省 140万美元。

“我个人认为，如果扩展现实被定义为在正确的时间、正确的地点为正确的人员提供正确的信息和正确的材料，那么它与精益建造的理念是完全一致的，”Campbell说道。

5. 安全和能力培训

在工程建设行业中，扩展现实的一个重要应用领域就是对员工、急救人员和建筑人员进行培训。Devadas介绍说：“设计团队中既有技术人员也有非技术人员。实际前往建筑工地的人员可能是非技术人员，他们不知道横梁应架在何处。工地上可能还有其他工种的工作人员，比如消防队员，他们的工作重点是预防建筑物中的安全隐患。对于这些人来说，在虚拟现实环境中进行培训是非常重要的，因为虚拟现实可帮助他们在事件发生之前充分做好准备，并帮助他们避免危险情况的发生，要知道这样的工作在关键时候是能够挽救生命的。”

将二维示意图或说明手册中的信息应用到现实环境中需要额外的空间处理能力，这可能会给认知层面造成负担并增加出错的风险。在撤离飞机或管理核设施反应堆等高风险情况下，几乎没有出错的余地。

Roseth说，“让我们设想两种情况，一种情况是将一本200页的培训手册放在受训人员的办公桌上，而其实他们根本就不太可能去阅读这么厚的手册；另一种情况是，花一天时间和受训人员共同进行沉浸式体验，并向他们展示在某些条件下他们应该做什么。显而易见后者更能让受训人员从中受益。”

6. 现场检查

增强现实可以为质量检查员和设施经理提供一种像X射线那样透视建筑物内部结构的能力。是否有足够的空间来接触设备的控制面板？建筑物是否符合规范和类似《美国残疾人法案》的有关规定？防火系统是否安装正确？是否已将正确数量的零件放置在正确的位置？虽然质量控制检查可以使用更传统的标记方式来进行，但增强现实增加了我们的洞察能力。

“确定建筑物中的螺柱是一个棘手的问题，我把增强现实称作探测螺柱的终极定位器，”Campbell说，“如果施工过程的有些内容被掩盖（建筑过程中这样的事情经常发生），那么设施操作员需要知道这里边有东西。他们需要依靠BIM数据发现这些隐藏的内容，无论是最初存放在BIM中，还是后来使用现实捕捉技术得到的。无论采用哪种方式，增强现实都能赋予人们特异功能，看到墙后的东西。”

7. 实物资产的管理

建筑物业主和设施管理人员在越来越多地使用数字孪生来评估有关建筑物的暖通空调（HVAC）和机械、电气和管道（MEP）系统的性能数据，并对维护需求和环境影响进行评估。数字孪生采用嵌入式传感器、人工智能、机器学习和物联网技术，在资产的整个生命周期（从设计到建造，从运行到维护，甚至将来的使用）中提供有关资产的信息。简单地说，它们是对实际结构的虚拟模仿，其中加载了可操作的数据。

在过去，这些数据显示在仪表板上，但这种模式正在发生变化。在工程建设行业内，有一种越来越明显的共识，即在扩展现实中展示信息（可以在上下文中查看）可以帮助团队更轻松地掌握信息。

欧特克扩展现实总监兼总经理Nic Fonta说：“想象一下，你有一个完整的对这栋建筑的虚拟展示。对于每个托管传感器，你都可以看到在上下文中显示的三维空间中的信息。你可看到趋势并产生见解，你也可以进行模拟，当你身临其境般地获得信息时，所有这些都将得到更好的理解和利用，也可以为将来的设计提供信息。”

8. 客户招标和销售

大多数人已经非常熟悉房地产技术公司（如Zillow）提供的虚拟住宅浏览。这种浏览与谷歌地图中的街景类似，为潜在买家提供了360度的房产概览。根据高盛公司的一份报告（PDF，第7页），到2025年，房地产行业的虚拟现实市场预计将达到26亿美元。

这项技术在工程建设行业的许多方面都有类似的应用。两者都可帮助人们建立对一座看不见的建筑的真实性的信任。将来，虚拟现实可能会变得更具交互性，以便帮助客户了解空间的微妙特征，例如其照明模式和材料纹理。Fonta说：“我们的目标是让最终客户很好地了解他们将来购买的商品是什么，建造的对象是什么。”

在产品设计、工业制造和汽车制造方面使用扩展现实

扩展现实在汽车内饰和外观设计中的使用已有很久的历史，所以汽车制造业更有条件扩大该技术的应用范围。普华永道的研究预测，到2030年，在服务和产品开发中使用扩展现实将促使GDP增加3600亿美元。

欧特克公司VRED和汽车部门的高级产品经理Lukas Fäth早在大约10年前就发现了虚拟现实在该行业中的前景。他说，对于一些公司而言，汽车概念设计中的小型粘土模型和全尺寸汽车原型已经被数字原型所替代，这种数字原型能够以相对较低的成本在多次迭代中得到使用。

扩展现实已成为下一个合乎逻辑的进展。从早期的外部造型审核到更详细的光反射、人机交互和内部功能考虑，扩展现实彻底改变了汽车和其他产品的制造方式。

1. 全球范围内的团队协作

如今，大型汽车制造商正在使用VRED支持的混合现实头盔，在沉浸式和逼真的环境中对全球范围内的设计进行审核。在起亚汽车的欧洲设计中心，设计师使用Varjo虚拟现实头盔在真实和虚拟汽车之间流畅过渡，实时更新数字原型。Fäth介绍说，从视觉显示的分辨率，一直到金属漆的颜色，都非常逼真，可以顺利地传输到各大洲的团队。

2. 设计审核和数字原型设计

采用扩展现实而不是一系列物理原型进行设计的论点主要源于经济学。创建合成粘土模型的成本可能高达90万美元，因此以数字方式复制模型“对于制造商来说有着巨大的价值”，Fäth说。在虚拟现实的环境中，设计师、工程师和参与测试的人员可以进行驾驶模拟，检查汽车的人体工程学设计，评估汽车的仪表板、方向盘、后视镜阵列和数字接口如何能够最好地为驾驶员带来舒适和安全的体验。

3. 工厂和装配线的规划和设计

将虚拟现实用于工厂设计的一个主要示例涉及装配线工人和维护人员在作业时可使用的空间。“你可以将实际的维修人员派遣到虚拟现实中，然后说，‘下面是你必须执行的一些维修任务。去试试吧，’”Kellner说。

一些相对简单的事情，例如拆除空气压缩机的盖子，可能会因周围的机械和通道而让工作变得复杂。而虚拟现实可以在施工前标记出这些问题，避免项目延迟或代价高昂的返工。

4. 产品装配和数字工厂

使用扩展现实的效率也表现在更远的下游。波音公司将HoloLens和BARK（波音增强现实套件）作为其数字制造项目的一部分，这充分说明了增强现实可以在后期生产阶段缩短时间和降低成本。在增强现实世界博览会的一场发言中，波音飞机盐湖城一家制造工厂的总经理Laura Bogusch报告说，机械师使用该系统和二维码指南为每架飞机安装了150英里（约240公里）的电缆。经查验，首次通过质量合规性的比例为88%，缩短工作时间20%；在得到该报告之后，该公司决定使用这一系统为其新的“空军一号”机队布线。

此外，空中客车和波音公司等航空航天公司计划创建元宇宙数字工厂。在这些共享的虚拟空间中，飞机和制造系统的三维数字孪生得到了数据库的支持，据路透社的一份报道，这些数据库“将飞机的每一条信息拼接在一起… …从航空公司的要求到数百万个零件，再到数千页的认证文件。”通过运行复杂的性能测试，如果这些系统能够按照管理人员和工程师的期望发展，它们将可以显著提高生产速度和产品质量。

5. 培训设施经理、机械师和维护工人

美国制造业研究所的一项研究发现，有78%的受访公司“非常或有些”担心该行业老龄化劳动力的外流；截至2017年，这些员工中有近四分之一的年龄已经达到或超过55岁。公司可能会特别难找到设施经理，因为他们当中的40%预计将在未来八年内退休。这就是为什么在制造业中开始出现将扩展现实作为培训工具的原因之一。

“我不觉得设施操作员会消失，”Campbell说道，“但是，这些人员的数量确实每天都在减少；他们正在从行业中退休，我们也在引进新的员工进来。有很多人说，‘让我们想办法把那个已经拧了50年扳手的人打造成远程专家。’更年轻、经验较少的员工可以到工地或正常运转的建筑物去，而资深的员工则会建议他们如何更换过滤器，按什么顺序打开阀门等。”

“还有整个组装方面：培训人们组装汽车并确保他们执行的动作符合人体工程学原理，这样他们就不会因为每天要进行50次这样的动作而受到伤害，”Fäth说。

6. 与客户共同设计

除了工作流程效率之外，数字模型还旨在提高客户满意度的可能性。Fäth介绍说，许多汽车公司最初使用的是物理模型，不过随后会在混合现实环境中使用数字孪生复制模型，该模型在汽车表面和内部加上半透明的交互内容层。

在早期设计阶段，客户会参与问答环节，以帮助优化关键功能。“眼睛注视（目光落在的地方）在早期设计阶段非常有趣，”Fäth介绍说。使用热图来绘制客户注视的位置和持续时间，可以帮助我们更好地理解用户体验以及如何在设计阶段最大限度地让客户得到满意。

7. 营销和销售

虚拟现实还可用于生产制造和产品设计，以吸引潜在客户。这不仅仅是因为它是一项“崭新的技术”，Campbell说道，“这确实是为了让客户相信，你对工作的范围有充分的了解，你对顾客的需求了如指掌，例如，这就是我们将要做的事情以及我们将如何做的。”

许多高端汽车品牌已在其经销商处提供了复杂的数字体验。Fonta在谈到颜色和材料选项时说：“你坐在虚拟汽车中可以对所有的配置进行更改。你可以灵活地选择你最终要购买的那辆车，而不会发生这样的情况：本来说好的‘我更喜欢橙色的车而不是黑色的车’，结果在最后交接时，你发现车的橙色太重了。”

在传媒和娱乐行业中使用扩展现实

扩展现实在传媒和娱乐行业的发展势头最为强劲。从最近发布的虚拟现实游戏，比如为Oculus (Meta) Quest 2制作的《虚拟现实中的城市》（Cities: VR）到Snapchat，再到Instagram故事增强现实滤镜，这些滤镜可以为照片添加数字层（如灯光效果或一头新发），这项技术正在为许多人所熟悉。

无论是在视频游戏中添加逼真的风景，还是为了吸引电影观众，还是创建像伦敦国家美术馆那样的虚拟展览，虚拟世界和现实世界的融合现在正在发生。游戏市场在2019年价值高达115亿美元，预计从现在起到2027年每年都会增长30%。增强现实在零售行业的使用也越来越多。根据德勤and Snap （Snapchat的母公司）的一份研究报告，到2025年，75%的用户（以及几乎所有智能手机的用户）将频繁使用增强现实（PDF，第4页）。耐克和欧莱雅等品牌已经采用了这项技术，增强现实体验让潜在客户试穿运动鞋或在手机上使用前置摄像头尝试化妆。

1. 虚拟制作

欧特克公司传媒和娱乐行业的行业未来部门总监Hilmar Koch表示，扩展现实的最新用例之一是一种被称为虚拟制作的电视和电影舞台布置。如果将演员放在绿色的屏幕前，就会出现其他场景的假象，比如，在《宋飞传》的一集中杰瑞和伊莱恩乘坐出租车时的那一幕；其实，可以让演员在能描绘想象布景的全息LED光源之前表演。Koch说：“目前Lucasfilm正在制作的《曼达洛人》就是采用的这种技巧。”

根据英国动画和内容公司Studio Giggle的博客，以这种方式创建的设置将使用实时游戏引擎进行动态呈现，以便让背景的移动与角色的活动保持一致。该技术可减少拍摄所需的位置，控制后期修复的工作量，并允许摄制人员无需等待完美天气即可拍摄，从而使得背景看起来不那么做作并且省钱。

2. 元宇宙中的电影制作

为《媒体》（Medium）杂志撰稿的科技未来学家Theo Priestly预测，Travis Scott于2020年4月在Epic Games流行的战斗游戏Fortnite（《堡垒之夜》）中举办的虚拟音乐会让人们感受到了未来电影制作新潮的到来。在这场有2770万名玩家参加的音乐会中，在燃烧的麦克风、彗星撞击和霓虹激光的奇观中，说唱歌手的化身在视频游戏中向玩家进行了表演。随着游戏引擎的功能越来越强大，渲染速度也在提高，实时交互的虚拟现实有可能使得像故事片那样长的作品的制作成为可能。

这看起来可能很遥远，但导演已经在虚拟现实内工作了，在设想和创建场景的同时逐渐加深对规模和深度的感觉。“我亲眼目睹了好莱坞最著名的导演已在使用这一技术，”Koch说，“实际上，如果Michael Bay和Steven Spielberg那些大腕有机会以增强现实或虚拟现实的形式观看时，他们将会做出不同的选择（更坚定且更有效的选择）。”

在元宇宙看电影跟在电影院或电视上看的本质区别在于，当你在元宇宙看电影的时候，你会成为电影的一部分，从一个体积空间观看世界，有自由移动、飞行并从多个领域体验它的自由，并关注你感兴趣的人物或故事情节。

3. 虚拟的零售、学习、游戏和商务

虽然每个人似乎都有自己对元宇宙的定义，但从根本上说，它相当于一个共享的虚拟空间，人们在其中居住并与周围环境互动，比如《堡垒之夜》或虚拟外科剧院或一个提议的现场计划，客户可以通过Varjo Aero、Microsoft HoloLens或Meta Quest头盔以是哪位方式观看。正如作家Bernard Marr在福布斯的网站中所写的那样，“三维环境、虚拟化身和游戏化（概念的三个基本方面）与虚拟现实的界面都非常契合。”

如果元宇宙普及到支持者所相信的那种地步（就像我们呼吸的空气）——像《纽约时报》专栏作家Kevin Roose在最近的一集《日报》（The Daily）播客中描述的那样——虚拟空间可能渗透到人们日常生活的各个方面，就像在现实世界那样，个人身份可以随时插入元宇宙。Marr表示，在一些电子商务网站中已经出现“客户可以使用数字化身试戴珠宝或试穿服装”的新方法，另外，大量的开放式在线课程可借助扩展现实来帮助学生直观地了解历史事件和量子物理学概念。

美中不足的是，三维虚拟角色可能会在真实世界中显得越来越扎眼。Koch说：“没有人能够预测未来，但我愿意打赌，我们将在迪斯尼乐园见到我们的朋友，当然是虚拟的人物。如果你是《星球大战》中的波巴·费特或米老鼠的粉丝，你可以先在公园和它们见面，也可以在手机上和它们见面，甚至选择在家中和它们见面。”

随着扩展现实在各个行业中不断取得进展，许多公司都认识到使用这一技术的益处，其中包括：

减少浪费

三维数字原型的设计审核可以减少创建和运输合成产品模型的需求，从而降低成本和碳排放。

节省成本

带有指导说明的增强现实头盔可以帮助员工提高在建筑工地的效率或加快生产车间的装配速度。波音和麦肯锡对该技术的使用便是很好的例子。

加深理解

建筑师或设计师对规模、维度、拥挤程度、光线、声学和物质性的感知要受到二维屏幕的限制。完全沉浸在体积空间中可以提高对关键特征的理解。同样的原则也适用于客户。

提高项目效率

在规划阶段的早期使用增强现实和虚拟现实可以确保利益相关者了解到应该了解的信息，改善工地人员和设备的协调，减少差旅，并减少返工的需要。

提高安全性

外科医生、消防队员、士兵、核技术人员和建筑工人（任何面临潜在危险情况的人）都可以在沉浸式和逼真的环境中接受安全培训。

更好的决策

建筑、桥梁、汽车和飞机的数字孪生可以为工程师、业主以及设施和运营经理提供整个资产生命周期内的绩效洞察，这个可以帮助改善维护并减少能源和水的使用。