虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子游戲中的應(yīng)用

張揚(yáng)

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù),它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于許多領(lǐng)域，特別是在游戲領(lǐng)域。簡要的分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的技術(shù)特性，并詳細(xì)介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子游戲中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；體感交互；觸覺反饋；交互性；游戲

中圖分類號：TP312文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)07-1624-02

The Application of Virtual Reality in the Electronic Game

ZHANG Yang

(State Intellectual Property Office, the Patent Office, Beijing 100088, China)

Abstract: Virtual Reality is a kind of new technology developed in recent years, which can be applied in many fields, especially in game. Briefly analyzes the technical characteristics of Virtual Reality and introduces in detail the application of Virtual Reality in the Electronic Game.

Key words: virtual reality; somatosensory interaction; tactile feedback; interaction; game

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，其原理是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物[1]。而電子游戲領(lǐng)域是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要應(yīng)用方向之一，也為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展起了巨大的需求牽引作用，本文主要介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子游戲領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性以及其在電子游戲中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)它集成了顯示技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)[2]。虛擬現(xiàn)實(shí)具有3I特性，即交互性（interaction）、沉浸性(immersion)和構(gòu)想性(imagination)。沉浸性是指用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度；交互性是指用戶對虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的可操作程度及環(huán)境的反饋的真實(shí)程度；構(gòu)想性是指虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是一個(gè)用戶與終端的接口，而是用戶沉浸在多維信息空間中，發(fā)揮主觀能動性形成新概念的過程[3]。

事實(shí)上，電子游戲機(jī)本身就是一種特殊的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，自產(chǎn)生以來，一直都在朝著虛擬現(xiàn)實(shí)的方向發(fā)展。從最初的文字游戲，到二維游戲、三維游戲，再到網(wǎng)絡(luò)三維游戲，電子游戲在保持其實(shí)時(shí)性和交互性的同時(shí)，逼真度和沉浸感一直在逐步地提高和加強(qiáng)。

現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)能夠通過數(shù)字平臺來實(shí)現(xiàn)非常逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)景觀，生產(chǎn)逼真的三維視覺效果，使參與者通過交互界面及裝置，輕松直觀地與虛擬世界進(jìn)行溝通和體驗(yàn)，使參與者產(chǎn)生身臨其境的感覺，甚至直接感受到虛擬環(huán)境中對象的反饋?zhàn)饔谩?/p>

由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬環(huán)境可以是一個(gè)城市，大廈，個(gè)人商店，建筑和個(gè)人辦公室或其它空間。虛擬環(huán)境中通常包括虛擬實(shí)體，實(shí)體可以是活動的也可以是不動的。不動的實(shí)體可以屬于環(huán)境的一部分，例如虛擬辦公室的不動的墻壁?；顒拥膶?shí)體可以包括受用戶操控的化身游戲程序自動控制的對象。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于電子游戲領(lǐng)域中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)

2.1體感交互技術(shù)

控制器、遙控器、鍵盤、鼠標(biāo)等來輸入操縱游戲角色或應(yīng)用的其他方面，有其自身難以克服的缺點(diǎn)：1)難以學(xué)習(xí)，造成用戶和游戲及應(yīng)用之間的障礙；2)控制命令可能與實(shí)際游戲動作或其它應(yīng)用動作不同，如游戲角色揮動球拍的游戲控制命令可能不與揮動球拍的實(shí)際動作相對應(yīng)。

體感交互作為一種進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)交互的新型操作方式，可以完全擺脫傳統(tǒng)的鼠標(biāo)鍵盤和復(fù)雜的動作捕捉設(shè)備，用戶通過使用自己身體和/或自己周圍物體的移動（非遙控器，控制器、鍵盤、鼠標(biāo)等）來操縱化身或應(yīng)用的其他方面[4]。對虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用來說，大大降低了使用的門檻，擴(kuò)大了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的范圍，增加了虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)的真實(shí)感，帶來了一次全新的革命。

捕捉人體動作的方法有多種，常見的如使用一個(gè)或多個(gè)攝像頭來捕捉用戶的姿勢和/或移動來動畫化身或屏幕上的任務(wù)，或者將用戶的姿勢和/或移動解釋為可用于影響計(jì)算機(jī)環(huán)境所執(zhí)行的控制命令。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中裝有相應(yīng)的軟件對攝像頭捕捉的圖像進(jìn)行深度圖像處理和骨架跟蹤，可以利用多達(dá)15個(gè)捕捉節(jié)點(diǎn)，識別到人體關(guān)節(jié)點(diǎn)位置信息，來追蹤人體的動作，并將這些動作捕捉到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行交互[5]。有時(shí)為了增強(qiáng)檢測效果，還可以通過佩戴有特殊色彩的輔助裝置（如手套、帽子、眼睛、衣服、鞋子和外涂顏料等）。也可以通過檢測用戶手持的設(shè)備，在手持設(shè)備中安裝有各類傳感器和無線發(fā)射裝置，通過接收裝置接收來自手持設(shè)備發(fā)送的信號，來識別人體的動作，并將其轉(zhuǎn)換成游戲軟件所需的控制命令，進(jìn)而控制游戲中的虛擬世界。

2.2立體顯示技術(shù)和三維虛擬聲音生成技術(shù)

視覺效果是電子游戲機(jī)最重要的功能，因而顯示技術(shù)尤其是立體顯示技術(shù)是電子游戲機(jī)的重要支撐技術(shù)。為了增強(qiáng)游戲時(shí)的沉浸性，當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)游戲機(jī)通常采用的顯示器有臺式立體顯示器，頭盔式顯示器（Head-mounted Display, HMD）。臺式立體顯示器的顯示屏幕上以一定的頻率交替顯示生成的左右眼視圖，用戶需要佩戴立體眼鏡，使左右眼只能看到屏幕上對應(yīng)的相應(yīng)視圖，最終在人眼視覺系統(tǒng)中形成立體成像。頭盔式顯示器是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)普遍采用的另一種立體顯示設(shè)備，它通常安裝在頭部，并用機(jī)械的方法固定，頭與頭盔之間不能有相對運(yùn)動，在頭盔顯示器的屏幕上顯示圖像。它通常由兩個(gè)顯示器分別向兩個(gè)眼睛提供圖像，兩個(gè)圖像存在微小差別，類似于“雙眼視差”。由于頭盔上通常安裝有頭部位置跟蹤裝置，可以檢測用戶頭部的位置，然后將其傳送給計(jì)算機(jī)裝置，計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)用戶頭部的運(yùn)動實(shí)時(shí)顯示，并改變用戶視野的三維視場。頭盔顯示器的應(yīng)用使電子游戲機(jī)的沉浸性增強(qiáng)，并豐富了電子游戲機(jī)的表現(xiàn)力。

對電子游戲機(jī)而言聲音輸出與圖像顯示一樣重要，三維虛擬聲音與人們熟悉的立體聲音不同，三維虛擬聲音，能使用戶能夠感覺到聲音是來自圍繞聽著雙耳的一個(gè)球形中任何地方，即聲音可能出現(xiàn)在頭部的上方、前方或后方。三維虛擬聲音的應(yīng)用使用戶在游戲中能夠準(zhǔn)確的判斷出聲源的精確位置，符合人們在真實(shí)環(huán)境中的聽覺方式，增強(qiáng)了游戲的真實(shí)感。

2.3觸覺反饋技術(shù)

觸覺反饋是指在人機(jī)交互的過程中，計(jì)算機(jī)對操作者的輸入做出響應(yīng)，并通過力/觸覺反饋設(shè)備作用于操作者的過程[6]。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，按照提供給用戶的信息將接觸分成兩類：力反饋和觸覺反饋。力反饋裝置是運(yùn)用技術(shù)手段將虛擬物體的運(yùn)動轉(zhuǎn)變成周圍物理設(shè)備的機(jī)械運(yùn)動，使用戶能夠體驗(yàn)到真實(shí)的力度感和方向感。至于觸覺反饋目前僅能做到簡單的溫度感覺，無法提供紋理和材質(zhì)等感覺。

3結(jié)束語

電子游戲行業(yè)作為新興行業(yè)，已經(jīng)超過了電影、電視等傳統(tǒng)的娛樂方式，成為當(dāng)代社會的主流娛樂方式，很大程度上影響著人們的工作和生活，對國民經(jīng)濟(jì)起到了明顯的帶動作用。我國的電子游戲行業(yè)正處于發(fā)展階段，有著巨大的市場前景。我國的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起始于20世紀(jì)90年代，起步比較晚，與美國和日本等發(fā)達(dá)國家比還有很大差距。但這種情況已經(jīng)引起我國政府有關(guān)部門的高度重視，并根據(jù)我國國情，制定了開展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究計(jì)劃，國家863計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、國防科工委都把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列入重點(diǎn)資助范圍，在國家973計(jì)劃中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用被列為重中之重[7]。這些都為我國虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究提供了有力支撐。我們可以想象，在不太遙遠(yuǎn)的將來，城市里的人們不需要跑到體育場去打羽毛球，在家里就可以玩。而隨著網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，跟朋友們也同樣能夠在這些設(shè)備的幫助下進(jìn)行體育互動，遠(yuǎn)程競技。

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