扩展现实(XR): 突破生产协作新维度的数字化技术

本文中，您将了解扩展现实（XR）在当今和未来工作领域的重要性以及其在数据管理和集成中的需求。我们是否能凭借XR取得重大突破呢？

虚拟现实（VR）是指计算机生成的虚拟环境，让用户沉浸在一个完全人造的世界中。使用特殊 VR 设备如护目镜或头盔会产生视觉和听觉刺激，让用户有身临其境的感觉。

增强现实（AR）则是指在用户的真实环境中叠加三维模型或文本等数字化信息。人们通常使用智能手机或平板电脑等移动设备体验 AR，这些设备使用摄像头和传感器捕捉环境，并在其中相应地置放数字内容。

VR 和 AR 的混合形式被称为混合现实（MR）。增强现实系统与虚拟现实系统相互作用。例如，可以将真实物体集成到仿真物体中，使机器人体验运动或产生触觉反馈，如使用真实控制元件进行仿真驾驶。

可行的应用，尤其是 VR 和 AR 在工作领域中的应用种类繁多，且有可能为各行业提升效率、安全性及创造力。实现 XR 应用的前提是 5G 网络，与 4G 相比，5G 网络的数据传输速率提高了10倍，在容量和可靠性方面也具备显著优势。

VR 、AR 和 MR 应用通过提供虚拟环境和互动模型可优化工作流程，让培训更加逼真，将复杂的任务变得易懂。当前，这些应用已率先应用在下面的领域中：

• 虚拟培训，VR 学习平台：VR 和 AR 让员工能够体验安全模拟的真实工作环境并在其中学习新技能。比如，外科医生可以在虚拟手术室练习复杂的手术操作。完全基于 VR 或 AR 的培训可能对未来的工作领域至关重要。
• 基于 VR/AR 的原型开发和设计流程：在建筑、工程和产品研发领域，VR 和 AR 技术可用于创造虚拟原型并进行设计决策。空间可视化让用户能在三维空间研究产品并在实际产品原型创建前识别潜在隐患。
• 数字办公，虚拟办公室和会议室：VR 和 AR 技术让处在不同地点的员工能够合作办公。虚拟现实让数字办公更加便捷：团队成员能够在一个共享的虚拟环境沟通，在虚拟办公室开会，交换意见并共同处理文件。这些技术会比传统的视频会议有更强的空间感和互动感。
• 基于AR的设备维护和修理：在基于 AR 的设备维护和修理中，技术人员可使用特殊的 AR 眼镜或移动设备将技术图纸、说明书或实时数据等有效信息直接叠加到视野中。这种将数字化内容通过视觉直接整合到真实环境的方式会在很大程度上简化错误诊断和问题修复的过程。
• XR 和工业物联网（IIoT）结合的工业元宇宙代表了未来的应用领域，更有望为数字化生态系统带来突破性创新。提升数字化、网络化功能和产品及物体的自主性也需要新的 UI（用户界面）理念，即基于 XR 技术将人与物联网服务相整合。

增强现实（XR）正在崛起且很有可能彻底变革我们的工作方式，尤其是需要工业物联网（IIoT）数据和机器设备相结合的时候。从分析、设计、研发、生产、远程服务再到教育和培训，VR 、AR 和 MR 提供的创新方案不仅能让我们的工作环境变得更加高效、安全、高产，还将对人们的生活产生重大影响。

XR 带来的机遇

很多专家已经建议企业从宏观上考察这些技术对产品和流程带来的潜力并将其作为物联网平台战略的一部分，以保证未来的竞争优势和连通性。在工作领域使用 XR 技术能带来以下潜在机会：

• 通过可变更流程提高效率和生产力
• 改善培训和教育水平
• 增强创造力和创新能力
• 促进电子协作和专家支持
• 优化服务质量（咨询、服务、维护和修理）
• 改善客户体验和客户参与度

XR 带来的风险

新技术优势显著，但同样会迎来风险，在实施 XR 应用前应规避如下可能的风险：

• 集成 VR 、AR 、MR 带来的技术挑战
• 高昂的采购成本
• 数据保护和安全隐患
• 潜在的工作分散和过载问题
• 员工健康和安全隐患
• 企业文化和道德层面的影响

随着虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）技术的广泛应用，特别在工业物联网（IIoT）领域这些技术经常作为新型服务推出，数据量也呈爆炸式增长。3D模型、高清图像、运动追踪和用户互动数据只是汇入XR应用程序的冰山一角，除了真实数据外，数字孪生和仿真数据也必须集成处理。在某些应用中，几分钟就要处理上百万条数据点，而挑战就在于如何在保证无缝、沉浸式用户体验的同时安全、有效地管理不断增长的大量数据。因此就需要强大的处理器、高效的图形渲染能力以及充足的存储资源。然而数据的复杂性和规模通常会超出常规硬件的处理范围，导致延迟或卡顿，影响用户体验。

应用开发需借助云 VR/AR 技术或高性能 GPU 计算节点完成数据处理和渲染。对于 3D 视觉效果，既可以通过网络实时向用户设备传输成品内容，也可以在性能较弱的设备上运行简化版应用。

若不使用云系统，XR 应用很难在本地实施。通过整合 IIoT（工业物联网）平台提供的数字孪生技术，可有效实施 XR 应用，在数据管理和 XR 应用的数据集成中数字孪生发挥着关键作用。这些应用都需要持续的实时处理数据，以保证用户和虚拟世界的交互没有延迟。

使用 XR 应用程序时，必须严格遵循数据保护政策，保证参与方的隐私和敏感信息。

在使用 XR 技术进行员工培训时，可能会收集员工的个人数据，比如面部或生物特征，以实现个性化的用户体验。为了遵守法律规定，企业必须确保获得员工的明确同意，并且只能将数据用于指定目的。此外，收集的数据在其使用期限结束后必须得到充分的保护并删除。

VR/AR 应用通常使用广泛的跟踪功能来分析用户行为，存在泄露隐私的风险。为了将风险最小化，企业应制定透明的数据保护条例，并向用户清晰地说明收集的数据类型和用途。此外，可以采用匿名技术和假名手段，使识别个体变得更加困难。

除了数据保护涉及的数据安全外，互操作性和安全数据传输也至关重要。数据传输过程加密以及使用现代化安全协议阻止未经授权的访问也不可忽视。

对于一般的动态 3D 数据以及复杂的 3D 场景，当前尚未建立适用于 VR/AR 应用的统一标准。人们对建立和推动 OpenUSD（开放通用场景描述技术）的新倡议 AOUSD（Alliance for OpenUSD）①持有乐观态度，因为这有望在推动 XR 应用的使用和发展中带来突破。至少对于元宇宙而言，这将发挥决定性作用。

XR 应用在工作领域提供大量机遇，且能作为人机交互和工业物联网（IIoT）服务的新媒介，同时也为越来越受重视的人工智能（AI）和基于 AI 的系统提供有前景的应用场景。XR 将协作中的创造力和生产力推向了新高度且带来了更多新应用的可能性，从而催生出新的 B2B 合作和交互流程。

随着与应用、服务和产品的数字化互动不断增加，关于如何确保治理和数据主权的问题成为在数字生态系统中建立新业务的核心。SEEBURGER 通过调研和创新，积极探索商务集成和 B2B 应用相关的突破性技术，为未来构建产品和服务的发展奠定基础。