細品VR技術下的“新世界”

了解VR

VR虛(xu)擬(ni)現實是(shi)指借助計算(suan)機(ji)和最新傳感器技(ji)術創造的(de)新的(de)人機(ji)交互手段。虛(xu)擬(ni)現實是(shi)利用(yong)(yong)(yong)計算(suan)機(ji)模(mo)擬(ni)創建一(yi)個(ge)三維(wei)空間的(de)虛(xu)擬(ni)世界，為(wei)用(yong)(yong)(yong)戶提供視(shi)覺(jue)、聽覺(jue)、觸覺(jue)等感官(guan)的(de)模(mo)擬(ni)，使用(yong)(yong)(yong)戶能夠(gou)及時、無限地(di)觀察三維(wei)空間中(zhong)的(de)事(shi)物。

虛擬(ni)現(xian)實被認為是(shi)多媒(mei)體的(de)最高應用。它是(shi)計(ji)算(suan)機技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、計(ji)算(suan)機圖形、計(ji)算(suan)機視(shi)覺、視(shi)覺生理學(xue)、視(shi)覺心(xin)理學(xue)、模擬(ni)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、微(wei)電子技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、三維(wei)顯示技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、傳(chuan)感測量技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、語音識(shi)別與(yu)合成技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、人(ren)機接口(kou)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、網絡技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)和IT各種高科技(ji)(ji)(ji)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)集成的(de)結(jie)晶，如智能技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)。

VR特性

沉浸

是指用戶可以沉浸(jin)在(zai)計算機(ji)生(sheng)(sheng)成的虛擬(ni)環(huan)境中(zhong)(zhong)，使用戶能夠投入到計算機(ji)生(sheng)(sheng)成的虛擬(ni)場(chang)景中(zhong)(zhong)，用戶在(zai)虛擬(ni)場(chang)景中(zhong)(zhong)有一種身臨其境的感覺。

交互

指用(yong)戶在虛擬(ni)場景(jing)中(zhong)與各種(zhong)對(dui)象(xiang)相互作用(yong)的能力。用(yong)戶進入虛擬(ni)環境(jing)(jing)后，可以(yi)通過各種(zhong)傳感器(qi)與多維信息環境(jing)(jing)進行必要的操作，虛擬(ni)環境(jing)(jing)中(zhong)的相應響應與真實環境(jing)(jing)相同。

構想

它是(shi)指通過用戶沉浸在真實的(de)虛擬環(huan)境中，與(yu)虛擬環(huan)境進(jin)行各種互動，從定性和定量的(de)綜合環(huan)境中獲得(de)感(gan)性和理(li)(li)性的(de)理(li)(li)解(jie)，從而(er)深化概念，萌芽新想法，在理(li)(li)解(jie)上有飛(fei)躍(yue)。

VR關鍵技術分析

1. 動態環(huan)境(jing)建(jian)模技(ji)術(shu)

虛擬(ni)環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)建(jian)立是(shi)VR系統的(de)(de)核(he)心內容是(shi)獲取(qu)實際環(huan)境(jing)(jing)的(de)(de)三維數據，并根(gen)據應(ying)用程序的(de)(de)需要(yao)建(jian)立相應(ying)的(de)(de)虛擬(ni)環(huan)境(jing)(jing)模型。虛擬(ni)環(huan)境(jing)(jing)中的(de)(de)物(wu)(wu)體(ti)(ti)有(you)自己獨特(te)的(de)(de)行為。其(qi)他圖形(xing)建(jian)模系統通常只(zhi)構(gou)建(jian)靜態物(wu)(wu)體(ti)(ti)、物(wu)(wu)體(ti)(ti)或簡單的(de)(de)操作。虛擬(ni)環(huan)境(jing)(jing)中的(de)(de)對(dui)象(xiang)(xiang)必須具有(you)良好的(de)(de)可操作性。當用戶與對(dui)象(xiang)(xiang)交互時，對(dui)象(xiang)(xiang)必須以合(he)理的(de)(de)方(fang)式做出相應(ying)的(de)(de)響(xiang)應(ying)。

虛擬(ni)現實系統環(huan)境建模(mo)可以(yi)根據視覺(jue)(jue)、聽覺(jue)(jue)、觸覺(jue)(jue)、味覺(jue)(jue)、力(li)感(gan)等感(gan)官渠道進(jin)行(xing)建模(mo)。一般(ban)有聽覺(jue)(jue)和視覺(jue)(jue)三(san)維(wei)建模(mo)。在當(dang)前的應(ying)用中(zhong)，環(huan)境建模(mo)通常是三(san)維(wei)可視化(hua)建模(mo)。

2. 實時(shi)三維圖形生成技(ji)術

光(guang)模型和顏色光(guang)學(xue)：即如何使顯(xian)示的(de)形(xing)狀具有真實感，如何模擬形(xing)狀的(de)表面顏色和明暗色調。

映(ying)射(she)技(ji)術：將希望的(de)平(ping)面圖(tu)案映(ying)射(she)到建模體的(de)表面，并在應(ying)用光模型時(shi)考慮(lv)這(zhe)些圖(tu)案的(de)顏色，這(zhe)涉及到圖(tu)形(xing)學中(zhong)的(de)映(ying)射(she)技(ji)術。

圖形模(mo)擬方法：為(wei)了在顯示屏上產生(sheng)真實的視覺目標(biao)，可(ke)以是(shi)動(dong)物、植物、人物、自然環(huan)境(jing)和不存在的虛(xu)構事物。

提(ti)高圖形(xing)的真(zhen)實性和生(sheng)成速(su)度一直是(shi)三維圖形(xing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)中(zhong)的一個關(guan)鍵問題。計算機圖形(xing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)和模擬技(ji)(ji)術(shu)(shu)的改(gai)進(jin)將對其發展產生(sheng)重要影(ying)響。在虛擬現實的真(zhen)實圖形(xing)生(sheng)成中(zhong)加(jia)速(su)的硬(ying)件系統結構和各種有(you)效(xiao)技(ji)(ji)術(shu)(shu)是(shi)關(guan)鍵。

3. 三(san)維顯(xian)示和傳感器技(ji)術

虛擬(ni)環境可以是純虛構的(de)環境，也(ye)可以是現實環境的(de)再現。現實環境在操作人員(yuan)周(zhou)圍(wei)的(de)再現取決于傳感(gan)器技術。

a.三維視覺傳感器

現實(shi)環境(jing)中(zhong)的三(san)維場景(jing)信(xin)息是通過(guo)位于(yu)不同(tong)位置的一對相(xiang)機獲得的，要(yao)求相(xiang)機具有與人眼相(xiang)同(tong)的視覺(jue)特征，否則會導致信(xin)息扭曲(qu)。

b.聽覺傳感器

其(qi)功能是(shi)準確感知現場(chang)環境的聲波信(xin)息。傳感器的感知頻率特性(xing)不得低于人耳，特殊情況(kuang)下可超過人耳。

c.觸摸，力覺傳感器

觸(chu)覺傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)功能是(shi)在與(yu)目標接觸(chu)時產生廣泛的(de)響應(ying)(壓力分布(bu)振(zhen)動(dong)溫度、表面形狀、各(ge)種形狀 ** 等(deng)等(deng))。目前，光(guang)電和壓電陣列觸(chu)覺傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)被廣泛用于研究，力感(gan)覺傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)主要用于檢測(ce)操作(zuo)員與(yu)目標接觸(chu)時產生的(de)力和扭矩。目前，各(ge)種腕力傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)研究和應(ying)用更(geng)加集中(zhong)，需要體積小、重量輕(qing)、分辨(bian)率高、測(ce)量維度大的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)。

現(xian)有設備不能滿足需(xu)求，機械(xie)和觸(chu)覺傳(chuan)感(gan)器的研究需(xu)要進一步深化，虛擬現(xian)實設備的跟(gen)蹤精度(du)和范圍(wei)也需(xu)要提高。

4. 應用系統開發(fa)工具

虛(xu)擬(ni)(ni)現實(shi)應用(yong)的(de)(de)關鍵是(shi)找到(dao)合適(shi)(shi)的(de)(de)場合和(he)對(dui)象。選擇合適(shi)(shi)的(de)(de)應用(yong)對(dui)象可(ke)以大大提(ti)高生產效率，降低勞動強度，提(ti)高產品質量。為了實(shi)現這一目標(biao)，我們需要研究(jiu)虛(xu)擬(ni)(ni)現實(shi)的(de)(de)開發工具。VR系統開發平(ping)臺，分布式(shi)VR這些都(dou)是(shi)技術(shu)等(deng) 與計算(suan)機技術(shu)和(he)多媒體技術(shu)的(de)(de)快(kuai)速發展密切相關。

5. 系統集成技術

由于VR系(xi)統(tong)包括(kuo)大量的(de)感知信(xin)(xin)息和(he)模型(xing)，因(yin)此系(xi)統(tong)集成(cheng)技術(shu)起著至關重要的(de)作用，包括(kuo)信(xin)(xin)息同步技術(shu)、模型(xing)校準技術(shu)、數(shu)據(ju)轉換技術(shu)、數(shu)據(ju)管(guan)理模型(xing)、識別和(he)合(he)成(cheng)技術(shu)等。

VR應用實例

娛樂

豐富的感(gan)覺(jue)能力和3D使顯(xian)示環(huan)境VR成為視(shi)頻(pin)游戲的理想工具(ju)。因為在娛樂(le)方面VR真實感(gan)的要求不是(shi)太高，所以近年(nian)來(lai)VR這(zhe)方面發展最(zui)快。

12月19日，華為VR眼鏡正式售出(chu)VR眼鏡擁有IMAX大(da)片、熱門電(dian)視劇、動畫片等海量優質片源，包括(kuo)愛奇藝，VeeR、GVR等待眾多(duo)優秀平臺資源，號稱足(zu)不出(chu)戶就(jiu)能享受(shou)私(si)人專屬(shu)影(ying)院(yuan)。

醫學

VR可用(yong)于解剖教(jiao)學和復雜(za)手術(shu)過(guo)(guo)程規劃，在手術(shu)過(guo)(guo)程中提供輔助手術(shu)和信息，預測手術(shu)結果(guo)和遠程醫療。

Healium App運用VR/AR可穿(chuan)戴裝置緩解焦慮，經(jing)研(yan)究證實可迅速(su)改善病(bing)情，使心(xin)態更加(jia)積極。App來自新公司(si)StoryUp Studios試圖讓(rang)焦慮患者受(shou)益。

SyncThink公(gong)司利用虛擬(ni)現實耳機和(he)眼動跟蹤技術(shu)(shu)進行神(shen)經技術(shu)(shu)和(he)大(da)腦健康分析，表示已與兩家臨床連鎖(suo)機構合(he)作，可(ke)利用該(gai)技術(shu)(shu)評估患者(zhe)的大(da)腦健康和(he)腦震蕩風(feng)險。

藝術

虛擬現實技術(shu)作為傳輸顯示(shi)信息的媒體，在藝(yi)術(shu)領域具有(you)巨大的潛(qian)力。VR該技術(shu)可以將靜態藝(yi)術(shu)（如繪畫、雕塑等）轉化為動(dong)態，可以改善用戶(hu)與藝(yi)術(shu)的互動(dong)，提(ti)供新(xin)的體驗(yan)和學習方(fang)法。

HTC VIVE Arts自2017年11月(yue)正式成立以(yi)來(lai)，全球(qiu)共開(kai)發了50多個合(he)作(zuo)伙伴和藝(yi)術家(jia)，試圖成立VR技(ji)術應用(yong)于藝(yi)術創作(zuo)。最(zui)具代表性(xing)的(de)VR藝(yi)術作(zuo)品是HTC《蒙娜(na)麗莎-越界視野(ye)》與巴黎盧浮宮合(he)作(zuo)開(kai)發，紀念達芬(fen)奇去世500周年。戴上VIVE Co ** osVR頭盔(kui)，人們(men)可(ke)以(yi)穿越法國盧浮宮，看到(dao)500年前蒙娜(na)麗莎的(de)畫像沒有褪色(se)。

教育

VR教育(yu)是(shi)VR下一個(ge)風口(kou)，利用虛擬現(xian)實技(ji)術，可(ke)以(yi)大大提(ti)高學生(sheng)的興趣和關注度VR在虛擬現(xian)實環境中(zhong)，每個(ge)學生(sheng)都(dou)能觸(chu)摸和操縱各種物品，從而對物品有更好的了(le)解。其實VR課(ke)堂(tang)上(shang)的應用并不局限于此，學生(sheng)也可(ke)以(yi)與數(shu)據集、復雜(za)方程和抽象概念互動(dong)。對一些學生(sheng)來說，通過實踐學習(xi)比聽(ting)老師(shi)講課(ke)更有效。

幻(huan)影星(xing)空VR在(zai)虛(xu)擬(ni)現實教學中(zhong)，體驗館的(de)成果(guo)將得到相(xiang)應的(de)獎(jiang)勵，而失敗(bai)通常被忽視。這顯(xian)然(ran)與許多教育方法相(xiang)反。這種獎(jiang)勵可以促進大腦活(huo)動，鼓勵學生積極探(tan)索更多知(zhi)識。

軍事

虛擬現實(shi)技術在軍事領域的應用涵蓋(gai)了"海陸(lu)空(kong)火"目前(qian)軍事訓練(lian)是四大(da)軍種的主(zhu)要目的。VR技術模擬訓練(lian)場(chang)、作戰環境、災難現場(chang)等。，訓練(lian)士兵如何在軍事實(shi)戰和危險應急中快速有效地反應，對提(ti)高訓練(lian)和演(yan)習效果起著至關重要的作用。

VR現狀及未來展望

與初始階段相(xiang)比，虛(xu)擬(ni)現實(shi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)取得了進步，但(dan)實(shi)際上在長期技(ji)(ji)(ji)術(shu)研發過程中也出現了一系列問題，主(zhu)要體現在虛(xu)擬(ni)環境的準確性(xing)和真實(shi)性(xing)、人與虛(xu)擬(ni)環境互動的自然性(xing)、實(shi)時(shi)顯示問題和智能技(ji)(ji)(ji)術(shu)等方面。

現實世界的(de)外部信(xin)息(xi)種類繁多，構型復雜，各(ge)種感(gan)官(guan)信(xin)息(xi)的(de)綜合難度更(geng)大。這就是為(wei)什么(me)ⅤR只有實現高(gao)效的(de)建模系(xi)統(tong)，虛擬環境的(de)準確性和真實性才能(neng)達到最佳(jia)效果。

在理(li)想狀態(tai)(tai)下，實(shi)時(shi)漫(man)游(you)非常(chang)逼(bi)真和實(shi)時(shi)VR技術(shu)顯然成立(li)了。但實(shi)際上，現階段(duan)ⅤR技術(shu)的(de)(de)發(fa)展不(bu)足以達到理(li)想狀態(tai)(tai)，匹配的(de)(de)硬件設(she)施(shi)尚未建立(li)，用戶在使用過(guo)程中無法體驗到完美的(de)(de)實(shi)時(shi)顯示(shi)效(xiao)果。造成這(zhe)個問題(ti)的(de)(de)根(gen)本原因是多用戶互動(dong)VR在技術(shu)的(de)(de)引(yin)入(ru)中，開發(fa)者往(wang)往(wang)要(yao)以降低圖像(xiang)逼(bi)真度為(wei)代價，提(ti)高圖像(xiang)處(chu)理(li)速度。因此，在動(dong)態(tai)(tai)情況下，圖形的(de)(de)實(shi)時(shi)逼(bi)真非常(chang)困難。

虛(xu)擬(ni)現實(shi)技(ji)術在中國還處(chu)于(yu)起步(bu)階段，國內企業還沒有(you)成為虛(xu)擬(ni)現實(shi)技(ji)術的(de)領導者，這也在一定(ding)程度上決定(ding)了中國虛(xu)擬(ni)現實(shi)技(ji)術有(you)很大(da)的(de)進步(bu)空間和(he)發展潛力。虛(xu)擬(ni)現實(shi)業務形式(shi)豐富，產業潛力大(da)，社會(hui)效益強。以虛(xu)擬(ni)現實(shi)為代(dai)表的(de)新一輪技(ji)術和(he)產業革命即將到來。虛(xu)擬(ni)經(jing)濟(ji)(ji)與實(shi)體(ti)經(jing)濟(ji)(ji)的(de)結合將給人們的(de)生產方式(shi)和(he)生活方式(shi)帶來革命性的(de)變(bian)化。

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