虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality, VR)是利用計算機輔助技術(shù)模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感官，讓用戶身臨其境地體驗和學(xué)習(xí)新的知識和技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)中的一個重要分支。那么，虛擬現(xiàn)實究竟是什么？與普通 VR有什么區(qū)別嗎？虛擬現(xiàn)實又會對我們的生活產(chǎn)生怎樣的影響嗎？虛擬現(xiàn)實概念出現(xiàn)已經(jīng)有百年時間了，在整個計算機軟件歷史中只有短短數(shù)年，如今已成為全球發(fā)展最快的信息產(chǎn)業(yè)之一，并且已經(jīng)從計算走向消費。雖然虛擬現(xiàn)實在技術(shù)上與普通 VR有一些區(qū)別，但是其本質(zhì)上還是一樣的。比如：我們可以通過在室內(nèi)進行模擬活動來享受更逼真的感覺；可以通過游戲讓你充分體驗到電腦游戲中玩家所需要實現(xiàn)的能力；可以通過控制鼠標(biāo)、鍵盤等裝置來控制虛擬人物行走等行動等等。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)" href="uploads/202210/1665461773lfcnhjh4.jpg" target="_blank">虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實是指計算機模擬出的一個虛擬世界，用戶能通過自己的眼睛觀察、操作，并體驗到現(xiàn)實世界中不可能擁有的視覺內(nèi)容和聽覺感受。虛擬現(xiàn)實是建立在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之上的新一代信息技術(shù)革命，其利用計算機軟件模擬人類的視覺、聽覺、觸覺等感官而實現(xiàn)的空間全息化展示。它能夠?qū)⒂脩粼谔摂M世界中所能獲得的物理特性引入計算機現(xiàn)實世界，并賦予計算機虛擬世界以更豐富的物理意義和更生動的人際交互界面。虛擬現(xiàn)實對人類生活帶來巨大的影響：在娛樂上, VR帶來更多歡樂；在商業(yè)上, VR則是創(chuàng)造新商機、新業(yè)態(tài)。VR技術(shù)是當(dāng)今最受關(guān)注的新興科技之一，其運用能夠創(chuàng)造出前所未有的真實、超乎想象的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，在娛樂上也有著其他新興技術(shù)無法替代的獨特優(yōu)勢。由于現(xiàn)在大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)平臺上都可以實現(xiàn)用戶創(chuàng)建、編輯、搜索、分享等功能，因此當(dāng)用戶通過互聯(lián)網(wǎng)看到某款 VR硬件設(shè)備時，就可以獲得一個與真實世界一樣的體驗方式。而除了能獲得令人嘆為觀止的逼真外, VR還讓用戶能夠更加深入地參與到這款設(shè)備中去，享受在虛擬空間中所感受到之美妙刺激。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)

VR (Virtual Reality)是一種新的、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的技術(shù)。它充分利用了計算機視覺、空間位置與姿態(tài)感知等高科技手段，實現(xiàn)人機交互界面，具有三維信息顯示、沉浸式體驗，動態(tài)環(huán)境交互，虛擬現(xiàn)實交互和實時3D影像播放、數(shù)據(jù)采集等功能。VR是一種綜合應(yīng)用了光學(xué)、人工智能、數(shù)字信號處理方式的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實能提供一個與真的物理空間完全一樣的三維環(huán)境。虛擬現(xiàn)實不是一種真實地模擬空間，而是利用計算機軟件去模擬人眼所能達(dá)到的視覺圖像（以眼睛為基準(zhǔn)）和聽覺聲音信息（以耳朵為中心),再通過各種傳感器把這些感官信息同步采集并傳輸給顯示器，從而使用戶得到身臨其境的感覺。VR在內(nèi)容上具有沉浸式逼真觀感，這是 VR技術(shù)得以成功運用的關(guān)鍵所在。但這僅僅是在一個虛擬世界內(nèi)可以實現(xiàn) VR技術(shù)應(yīng)用并獲取相應(yīng)體驗和功能的基礎(chǔ)上才可以稱之為真正的 VR技術(shù)。雖然目前只有少數(shù)廠商在虛擬現(xiàn)實軟件上進行了一些實驗與開發(fā)工作，但基于最新一代操作系統(tǒng)和移動設(shè)備等硬件設(shè)計上研發(fā)出來的應(yīng)用還是比較成熟了。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)

近幾年，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究與應(yīng)用呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢頭。國內(nèi)也開展了相關(guān)研究工作，并且取得了一定的成績。但與國外相比，我國在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用方面還存在一定的差距。首先是硬件設(shè)備還不成熟。雖然 VR系統(tǒng)在國內(nèi)已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，但 VR硬件設(shè)備對于性能要求比較高，目前國內(nèi)還沒有完全達(dá)到。其次是內(nèi)容方面。目前國內(nèi)虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在空間信息展示方面，包括視頻直播、游戲、培訓(xùn)等。而 VR在游戲方面同樣面臨著各種挑戰(zhàn)，包括場景的交互性與游戲體驗如何將動作和圖像映射到空間信息上，如何讓游戲玩家參與到游戲體驗當(dāng)中等。由于目前國內(nèi)硬件設(shè)備上的虛擬現(xiàn)實技術(shù)還相對比較落后，因此還需要進一步地研發(fā)改進。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)

目前，由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身的特點，在應(yīng)用領(lǐng)域上主要集中在制造業(yè)與工程設(shè)計領(lǐng)域。從這個角度來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用價值是不可估量，尤其是工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用價值更是非常巨大。而從目前的應(yīng)用發(fā)展來看，其發(fā)展空間還很大。由于虛擬現(xiàn)實能夠創(chuàng)造出超越真實世界的逼真體驗，因此其也是未來幾年內(nèi)值得關(guān)注的熱點領(lǐng)域之一。作為一種新興信息技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)與人們生活之間密切相關(guān)，可以說虛擬現(xiàn)實技術(shù)早已走進了人們生活中方方面面。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，用戶不僅能夠體驗到真實世界中難以擁有的虛擬情景，同時還能夠在虛擬世界中進行虛擬活動——創(chuàng)造出全新體驗。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有強大的實用性以及廣闊的發(fā)展前景，并且在未來會對人們?nèi)粘Ｉ顜砗艽蟾淖儭?/p>

虛擬現(xiàn)實技術(shù)

但是在實際發(fā)展過程中發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實的優(yōu)勢并不是那么突出，目前虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品還有很大的發(fā)展空間。比如目前市場上已經(jīng)有很多基于硬件打造虛擬世界模擬器設(shè)備。虛擬現(xiàn)實設(shè)備主要包括三大部分，分別是：三維光學(xué)引擎、傳感器系統(tǒng)。三維光學(xué)引擎主要是用來模擬人眼視物，提升虛擬現(xiàn)實體驗的逼真度；傳感器系統(tǒng)主要用來實現(xiàn)動態(tài)三維顯示，提升真實度；傳感器系統(tǒng)是為了實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)采集和分析而設(shè)計的一種傳感器系統(tǒng)，主要用于實現(xiàn)三維圖像實時采集與處理，提升空間分辨率。傳感器系統(tǒng)也是虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)中比較關(guān)鍵的一部分。不同的傳感器系統(tǒng)所能提供不同體驗的效果，例如：加速度傳感器可以提高模擬實際走路加速度、陀螺儀可以提高運動時速度、距離傳感器則提升空間位置傳感器則可以提高視角等。

1、三維光學(xué)引擎技術(shù)與發(fā)展趨勢

三維光學(xué)引擎主要包括三維相機系統(tǒng)、三維光學(xué)光場算法以及三維光學(xué)成像技術(shù)三個部分，其中最為關(guān)鍵和核心的就是3D相機系統(tǒng)。目前大多數(shù)手機廠商和游戲廠商都在使用3D相機系統(tǒng)，因為其不僅能提供更好的顯示效果和沉浸感，而且其價格也相對較低。但是在實際使用中發(fā)現(xiàn)這種相機系統(tǒng)性能并不能達(dá)到預(yù)期。三維成像方法是將二維空間上的信息和圖像疊加到三維圖像上，并通過對二維圖像信息的解析計算來達(dá)到增強顯示效果和降低屏幕成本的目的。由于這種方法具有一定的局限性，所以越來越多廠家和游戲廠商將其應(yīng)用于游戲中。目前采用最多最廣泛的二維成像技術(shù)是三維鏡頭陣列光學(xué)相干斷層掃描鏡頭；三維光學(xué)成像技術(shù)主要有雙目相機(Optical Reality Cam)圖像重建與放大、激光雷達(dá)圖像處理與三維建模技術(shù)；近紅外成像系統(tǒng)及混合成像技術(shù)等。

2、三維光學(xué)引擎技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

三維光學(xué)引擎主要包括相機、掃描儀、透鏡陣列等，其中相機和透鏡陣列被稱為三維光學(xué)引擎中三大關(guān)鍵核心技術(shù)。其中相機和光學(xué)引擎這兩個核心技術(shù)是整個立體成像技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來隨著計算機圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，光學(xué)相機技術(shù)逐漸成為一個重要的計算基礎(chǔ)。目前三維光學(xué)引擎主要有兩個發(fā)展方向：一是成像原理的升級，二是軟件功能及性能提升。成像原理升級主要包括三維光學(xué)引擎硬件及軟件更新等方面，在硬件方面，主要是硬件性能提升并進行優(yōu)化；在軟件方面主要是軟件功能和性能提升并進行優(yōu)化升級。但是從目前的市場情況來看，用戶對于三維光學(xué)引擎應(yīng)用軟件及技術(shù)的關(guān)注并不是那么高。在硬件方面大多還處于研究階段。

3、虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品發(fā)展過程中存在的問題及解決方案

雖然虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展迅速，但是在實際應(yīng)用中也存在著諸多問題，例如：虛擬現(xiàn)實技術(shù)需要有配套齊全的軟件應(yīng)用支撐。虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)屬于新興產(chǎn)業(yè)，所以需要專門支持虛擬現(xiàn)實技術(shù)的軟件應(yīng)用支撐平臺，如 VR/AR、虛擬現(xiàn)實及相關(guān)的視覺顯示、交互系統(tǒng)等。在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)時，還需要支持各種軟硬件的結(jié)合，并且支持軟硬件結(jié)合的軟件應(yīng)用平臺很多，例如: AR/VR眼鏡設(shè)備平臺，可以實現(xiàn)硬件與軟件系統(tǒng)之間互相融合；在 VR/AR頭盔設(shè)備平臺上，需要支持手機上 AR/VR功能；在 VR眼鏡設(shè)備平臺上，需要支持顯示攝像頭，可實現(xiàn)高分辨率顯示功能。目前關(guān)于虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中存在許多問題。比如，現(xiàn)有的系統(tǒng)還存在一定缺陷和不足。比如當(dāng)前最先進的 VR攝像頭產(chǎn)品還沒有真正普及到普通用戶中。因此，進一步研發(fā)針對用戶需求而設(shè)計出的系統(tǒng)更加重要。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)

“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”發(fā)展迅猛，已成為信息產(chǎn)業(yè)最重要的組成部分。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行業(yè)領(lǐng)域，例如3D打印、虛擬現(xiàn)實教學(xué)、游戲電競等。美國的一些商業(yè)公司也已經(jīng)開始積極涉足這一領(lǐng)域，其中尤以 Oculus Rift VR設(shè)備最為出名。VR應(yīng)用中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的廣泛介入，使很多普通觀眾成為了行業(yè)內(nèi)的翹楚，使得很多專業(yè)工作者可以通過身臨其境的觀察和操作來完成各種專業(yè)性較強且復(fù)雜的工作。這對于許多領(lǐng)域來說都是非常具有挑戰(zhàn)性的。因為普通人無法準(zhǔn)確地捕捉到一些物體和空間位置等變化過程；另外，許多 VR設(shè)備只支持一種終端設(shè)備（如手機),只能提供一個“看”或“聽”這種信息。不過近年來虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個領(lǐng)域上都取得了很大突破，已經(jīng)開始廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域。未來在虛擬現(xiàn)實游戲、電影制作、遠(yuǎn)程教育等領(lǐng)域會有很大應(yīng)用空間。

1、虛擬現(xiàn)實游戲

在技術(shù)條件允許的情況下，游戲玩家可以通過“眼鏡+顯示器”，感受虛擬現(xiàn)實的極致快感。虛擬現(xiàn)實游戲包括模擬競技游戲和基于增強現(xiàn)實技術(shù)游戲兩種。模擬競技游戲的本質(zhì)就是通過3D建模，以不同維度、不同視角展現(xiàn)出場景中的細(xì)節(jié)，從而吸引玩家完成游戲目標(biāo)。然而虛擬現(xiàn)實游戲并不是真正意義上的真人游戲，而是通過利用計算機動畫及圖像技術(shù)模擬出游戲場景并生成虛幻影像的游戲形態(tài)。虛擬現(xiàn)實游戲可以模擬出真實世界中沒有過的場景和動作，使得玩家仿佛身臨其境；或者可以把所有場景都虛擬化成虛擬地圖供玩家進行自由探索。虛擬游戲與虛擬現(xiàn)實設(shè)備一樣具備了沉浸式游戲的功能，而這正是 VR技術(shù)所不具備的。目前全球?qū)μ摂M現(xiàn)實游戲行業(yè)發(fā)展需求最大的公司是 HTC和 GOOGL等龍頭企業(yè)。

2、虛擬現(xiàn)實電影制作

以 Rift為代表的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，已經(jīng)被好萊塢許多電影制作公司用來拍攝影片，包括《阿凡達(dá)》、《奪寶奇兵》和《阿凡達(dá)》。這也是目前 VR在影視制作中最受歡迎的一種應(yīng)用。此外在電影制作過程中，也可以利用 VR技術(shù)來提升電影質(zhì)量。例如《奪寶奇兵》這部作品在虛擬的場景中增加了一些動作場景，比如讓主角的手自動抓握“槍”的位置，利用 Oculus Rift來看動作捕捉過程，從而對“槍”進行360度 VR掃描。通過掃描來看“槍”是怎樣抓握，從而讓觀眾看到“槍”在畫面中所出現(xiàn)的位置。這種方法利用 Oculus Rift和 Netflix這樣的平臺可以讓普通觀眾看清畫面中的“槍”有哪些地方是沒有移動的。所以有專家認(rèn)為如果把拍攝過程搬到到影院中進行的話，電影制作效果會更加真實。

3、在線教育

虛擬現(xiàn)實技術(shù)為遠(yuǎn)程教育帶來了革命性的變化。以往的在線教育模式更多地依賴于傳統(tǒng)的教室、教師等線下教育資源，而虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)中不僅提供了實時的互動效果，還提供了真實世界里的教學(xué)效果，使得遠(yuǎn)程教育更加貼近教育現(xiàn)實生活。例如在傳統(tǒng)課堂中，教師通過佩戴專用頭戴器在屏幕上授課，不僅給學(xué)生們帶來逼真的教學(xué)環(huán)境，還可以根據(jù)教學(xué)需要在屏幕上設(shè)置多個互動場景，并將多個畫面?zhèn)魉偷浇淌依镉^看。除了傳統(tǒng)形式的課堂外, VR技術(shù)還可以應(yīng)用到大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)教育中。例如，美國哈佛大學(xué)利用3D打印材料進行網(wǎng)絡(luò)大學(xué)課程學(xué)習(xí)。在哈佛大學(xué)進行虛擬現(xiàn)實教學(xué)時，學(xué)生們不僅可以進入真實世界里了解不同課程學(xué)習(xí)過程，還能通過3D打印出復(fù)雜的物件。而且學(xué)生們還可以根據(jù)自己的興趣和時間自由選擇課程時間和課程內(nèi)容，并在課堂里積極互動交流并積極參與游戲等課外活動。通過學(xué)習(xí)新知識、培養(yǎng)興趣和參與感，以及培養(yǎng)對科學(xué)研究工作的興趣等多方面考慮，在線教育有著巨大潛力。