工业4.0元宇宙解锁：AR/VR、人工智能和3D技术如何推动下一次工业革命
工业4.0元宇宙解锁：AR/VR、人工智能和3D技术推动工业革命
沉浸式混合现实和扩展现实技术，包括虚拟现实（VR）和增强现实（AR），继续成为商业创新和扩张的关键驱动因素。通过改变公司运营方式、与客户互动和实现目标的方式，这种技术解决方案已经在多个行业产生了重大影响。
虽然这些技术仍处于起步阶段，但估计到2027年，AR和VR的全球用户将超过1亿。认识到这一趋势，明显的是，采用AR/VR应用开发服务为用户创造沉浸式体验的组织将在今天和不久的将来取得成功。
什么是AR/VR
增强现实（AR）和虚拟现实（VR）是旨在改善用户对数字世界的感知和互动的两种不同但相关的技术。AR和VR的主要区别在于使用的设备和体验的性质：AR发生在现实环境中，而VR完全是虚拟的。
AR和VR都属于被称为扩展现实（XR）的沉浸式技术类别。还有混合现实（MR），它本质上是增强现实（AR）和虚拟现实（VR）的结合。它将物理世界和数字世界结合在一起，构建一个能够并存并实时通信的空间。
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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）改进了用户对周围环境的感知和互动。数字内容通常使用智能手机、平板电脑或专用的AR眼镜实时显示。
在意识到周围环境的同时，AR技术的用户可以查看和与虚拟对象互动。各个行业都可以找到多种AR应用，包括制造业、建筑业、零售业、医疗保健业等。
虚拟现实可以完全将用户沉浸到一个模拟的数字环境中，该环境可能与现实世界完全不同。佩戴虚拟现实头显时，用户进入的虚拟世界可以与他们的动作互动。
这项技术旨在通过让用户感觉自己实际上“在内部”一个虚拟环境中，给予用户存在感和沉浸感。AR和VR都具有独特的特点，呈现出有趣的商业机会。
更有趣的是，这些沉浸式混合现实技术正与3D人工智能（AI）、机器学习（ML）、云服务和物联网（IoT）相结合，为各行各业的企业提供从培训、设计、工程、生产、机器人技术到自动化的动力，尤其是在不断增长的电子商务环境中。因此，制造业、医疗保健业、技术行业、建筑业、能源行业、汽车业、航空航天业和金融服务业（仅举几例）的企业更具竞争力，并有望获得未来的增长。
最终，这些技术被利用来帮助公司做出更明智的决策，并在虚拟上补充人力资源，以更好地为客户提供服务。通过这样做，组织可以为客户创造更强大和个性化的体验，无论是最终消费者还是供应链上的合作伙伴。在每一个实例中，聪明、精明和成功的组织都将其工作负载基础设施转移到云环境中，以启动和管理可扩展操作的新工具。
沉浸式混合现实持续挑战企业的领域
挑战在于这些技术需要大量的数据、以及以不可比拟的速度处理大量数据的能力，并且需要在传统办公环境中很少允许的计算环境中扩展项目。
企业希望通过元宇宙利用“工业4.0”需要精确而持久地融合现实世界和虚拟世界。这意味着以逼真的细节在正确的物理位置（关于现实世界和虚拟世界）以正确的比例和准确的姿势渲染复杂的模型和场景。想象一下在利用AR/VR设计、构建或修复航空发动机部件或用于医疗应用的先进手术设备时所需要的准确性和精确性。
今天，通过使用一个或多个服务器上的离散GPU，并将渲染的帧无线或远程传送到类似于微软HoloLens和Oculus Quest的头戴式显示器（HMDs），实现了这一目标。
3D和AI在沉浸式混合现实中的重要性
沉浸式现实应用的关键要求之一是精确地在对象上叠加其模型或数字孪生。这有助于为装配和培训提供工作指导，并捕捉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。
大多数设备上的物体跟踪系统使用2D图像和/或基于标记的跟踪。这严重限制了3D叠加的准确性，因为2D跟踪无法准确估计深度，因此也无法估计比例和姿态。这意味着即使用户在一个角度和/或位置看起来匹配得很好，但是当用户在6DOF中移动时，叠加会失去对齐。此外，对象检测、识别以及其比例和方向估计（称为对象注册）在大多数情况下是通过计算或使用简单的计算机视觉方法与标准训练库（例如：Google MediaPipe、VisionLib）实现的。对于常规和/或较小较简单的对象，如手、脸、杯子、桌子、椅子、车轮、常规几何结构等，这种方法效果很好。然而，在企业使用案例中，对于大型复杂对象，标记的训练数据（尤其是在3D中）不容易获得。这使得使用基于2D图像的跟踪来对齐、叠加和持续跟踪对象并将渲染模型与之融合在3D中变得困难，甚至不可能。
企业级用户通过将3D环境和AI技术应用于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使用户能够在3D空间中高精确度地识别任意形状和尺寸的3D对象。这种方法适用于任何任意形状的可扩展，并适用于需要将复杂3D模型和数字孪生与其真实世界对应物进行叠加渲染的企业使用案例。
这也可以用于将部分完成的结构与完整的3D模型进行配准，从而实现施工和组装的持续进行。用户可以通过这种平台方法在对象注册和渲染中实现毫米级的准确度，从而克服了当前仅设备方法的限制。这种3D物体跟踪方法将使用户能够在企业应用中真正融合现实和虚拟世界，开启许多用途，包括但不限于：通过精确的上下文工作说明进行培训、在建筑和组装中进行缺陷和错误检测，以及使用真实尺寸的3D渲染和叠加进行3D设计和工程。
为什么在云环境中工作至关重要
企业和制造商在设计和部署这些技术时应谨慎，因为它们建立和最大化使用的平台有很大的差异。
尽管AR/VR等技术已经使用了几年，但许多制造商在设备上部署了虚拟解决方案，所有技术数据都存储在本地，严重限制了当今虚拟设计所需的性能和规模。这限制了在设计新产品和了解虚拟构建的最佳方式时进行知识共享的能力。
如今，制造商通过利用由分布式云架构和基于3D视觉的AI驱动的基于云的（或远程服务器的）AR/VR平台来克服这些限制。这些云平台提供所需的性能和可扩展性，以实现行业的创新速度和规模。
