獨樂樂不如眾樂樂

技術(shù)宅

近來虛擬現(xiàn)實設(shè)備已經(jīng)成為IT界的熱點，三星、谷歌和索尼都在虛擬現(xiàn)實上有了一定的建樹，推出了自家的頭戴設(shè)備和相關(guān)配套軟件。不過這些虛擬現(xiàn)實目前都只是實現(xiàn)單機效果，即只是單用戶通過虛擬現(xiàn)實設(shè)備和特定的游戲、視頻進行交互。而微軟公司旗下的Jaron Lanier實驗室目前正在實驗最新的多人增強現(xiàn)實技術(shù)，它可以實現(xiàn)多人聯(lián)機互動，實現(xiàn)更為真實的人機、人人之間的互動。那么虛擬與現(xiàn)實是如何實現(xiàn)聯(lián)機的？這種聯(lián)機的結(jié)果又會給我們的生活帶來什么樣的影響？

?Oculus Rift虛擬現(xiàn)實設(shè)備

認識虛擬現(xiàn)實技術(shù)

?虛擬現(xiàn)實設(shè)備結(jié)構(gòu)圖解

說到虛擬與現(xiàn)實的聯(lián)機，我們首先要了解一下什么是虛擬現(xiàn)實。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，利用計算機模擬的三維動態(tài)視景和實體行為結(jié)合來讓用戶進行娛樂或者完成工作。簡單地說，就是可以讓用戶在虛擬世界里實現(xiàn)極度真實體驗的一種技術(shù)，而實現(xiàn)其中虛擬真實效果的硬件就是虛擬現(xiàn)實設(shè)備（圖1）。

一般來說，一套完整的虛擬現(xiàn)實設(shè)備系統(tǒng)包括3D掃描儀（建模設(shè)備）、頭戴式立體顯示器（三維視覺顯示設(shè)備）、慣性傳感器（定位設(shè)備）和數(shù)據(jù)手套（交互設(shè)備）。比如在支持虛擬現(xiàn)實的游戲中，通過虛擬現(xiàn)實設(shè)備讓使用者從身體感官（視覺、聽覺）各方面全身心進入到游戲中，體驗前所未有的逼真（圖2）。

?微軟的虛擬現(xiàn)實聯(lián)機設(shè)備頭部傳感器

連結(jié)虛擬與現(xiàn)實

如上所述，通過虛擬現(xiàn)實設(shè)備能為我們提供完美的沉浸式體驗。不過目前的虛擬顯示設(shè)備只是實現(xiàn)單機操作，用戶只是通過虛擬現(xiàn)實設(shè)備和游戲?qū)崿F(xiàn)單一的人機互動。那么目前微軟正在研究的多人增強現(xiàn)實技術(shù)是怎么實現(xiàn)多人聯(lián)機互動的呢？

我們先來了解一下虛擬現(xiàn)實設(shè)備的工作原理，要實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實體驗，首先要借助建模設(shè)備獲取物體外表面，如游戲中人物或者地形的三維坐標及物體的三維數(shù)字化模型，接著虛擬現(xiàn)實設(shè)備的顯示器會向用戶呈現(xiàn)3D顯示效果，實現(xiàn)現(xiàn)實環(huán)境代入感。接著虛擬設(shè)備中的定位設(shè)備用來確定用戶在虛擬3D環(huán)境中的位置，這個定位是通過頭盔中的慣性傳感器來捕捉頭部運動以改變圖像的視角，這樣用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來。最后交互設(shè)備用于用戶和虛擬環(huán)境的交互操作，實現(xiàn)對虛擬現(xiàn)實游戲的操控（圖3）。

?Jaron Lanier實驗室展示的共享混合現(xiàn)實的示例

通過上圖我們可以知道，對于每個聯(lián)機的用戶來說，建?？梢栽谕粋€設(shè)備上完成，虛擬顯示則可以在各自的虛擬現(xiàn)實設(shè)備顯示器中實現(xiàn)。對多人聯(lián)機虛擬現(xiàn)實來說，最至關(guān)重要的就是其中的定位。因為在多人聯(lián)機的情況下，我們要對同一個項目進行虛擬操作，虛擬現(xiàn)實設(shè)備需要精確無誤地追蹤每個人的動作，這樣才能實現(xiàn)精準的協(xié)同操作。

比如在多人游戲中，如果要兩人射擊同一個目標，虛擬現(xiàn)實設(shè)備中的3D影像要同步顯示在用戶的顯示器中，這就要求頭盔中慣性傳感器捕捉兩個用戶的頭部運動要精準一致，這樣才可以實現(xiàn)對同一目標的射擊，而其中小小的誤差就會造成虛擬圖像的混亂，嚴重影響多人聯(lián)機的效果。比如A、B兩名聯(lián)機用戶，如果虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)捕捉到A的動作是面向游戲中某人物頭部正面，而捕捉到B動作面向的卻是游戲人物的頭部側(cè)面，這樣在射擊的時候，A、B射擊的就是不同部位，導致聯(lián)機用戶游戲體驗不同，影響了多人聯(lián)機的虛擬現(xiàn)實效果。微軟的虛擬現(xiàn)實聯(lián)機設(shè)備通過外部安裝的高靈敏的傳感器來追蹤用戶的頭部動作，同時依靠其虛擬系統(tǒng)強大的運算和協(xié)調(diào)能力實現(xiàn)聯(lián)機用戶定位一致，讓所有聯(lián)機用戶都可以同步獲得虛擬真實體驗，從而實現(xiàn)聯(lián)機用戶同步操作（圖4）。

在Jaron Lanier實驗室展示的共享混合現(xiàn)實的示例中，通過兩名聯(lián)機學生頭上的傳感器，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)會精確捕捉到兩名學生的動作，同時在學生頭部的顯示器中同步顯示，這樣當兩名學生揮動雙手就可以看到同樣的視覺特效，從而實現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實的聯(lián)機互動（圖5）。

虛擬與現(xiàn)實的聯(lián)機 可以帶給我們什么

?通過虛擬聯(lián)機可以讓教練和學員實現(xiàn)真實的虛擬現(xiàn)實練車體驗

顯然虛擬與現(xiàn)實的聯(lián)機技術(shù)可以將完美的沉浸式體驗分享給所有聯(lián)機用戶，這樣每個參與者都可以獲得一致的真實體驗，可以實現(xiàn)多用戶交互體驗，為我們的生活帶來更多快樂。比如在目前流行的多人射擊游戲中，聯(lián)機用戶都可以帶著虛擬頭盔，手握虛擬AK47，然后在完全真實的游戲環(huán)境中，或射擊，或呼叫隊友一起射擊，這種真實、多人互動的游戲感覺絕對是每個游戲迷追求的終極目標。

當然除了在游戲中的應用，虛擬與現(xiàn)實的聯(lián)機技術(shù)還可以在日常很多生活場景中應用到。比如隨著虛擬現(xiàn)實設(shè)備的普及，現(xiàn)在很多朋友通過汽車模擬駕駛訓練來練車，這在現(xiàn)實中原本需要“教練+學員”的雙人協(xié)作訓練，借助虛擬與現(xiàn)實的聯(lián)機技術(shù)，我們在家中通過兩人聯(lián)機操作就可以獲得非常真實的駕校訓練效果（圖6）。同樣的，對于生活中原來需要多人協(xié)作的很多應用場景，現(xiàn)在都可以借助虛擬與現(xiàn)實的聯(lián)機技術(shù)完美地實現(xiàn)。