VR技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用領(lǐng)域研究

廈門南洋學(xué)院，福建省廈門市 361102

一、VR技術(shù)現(xiàn)狀

1、VR技術(shù)發(fā)展概要

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代[1]，VR一詞是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾（Jaron Lanier）在20世紀(jì)80年代提出的。VR技術(shù)涉及計算機圖形學(xué)、傳感器技術(shù)、動力學(xué)、光學(xué)、人工智能及社會心理學(xué)等研究領(lǐng)域，是多媒體和三維技術(shù)發(fā)展的新方向，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，是一種新的人機交互接口。具體地說，就是采用以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境（Virtual Environment，簡稱VE），用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗。

VR早期主要用在軍事領(lǐng)域[1]，近幾年來隨著云計算、大數(shù)據(jù)、傳感器、5G技術(shù)的發(fā)展，VR逐漸應(yīng)用在軍事航天、演播室、游戲等領(lǐng)域，目前有走向大眾化的趨勢。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為[2]：20世紀(jì)80年代是個人計算機的時代，90年代是網(wǎng)絡(luò)、多媒體的時代，而21世紀(jì)則將是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的時代。

2、VR市場主要產(chǎn)品

自從2014年3月25日，F(xiàn)acebook以20億[3]美元收購Oculus VR之后，全球VR市場逐 漸升溫，微軟、三星、HTC、索尼、雷蛇、佳能等科技巨頭進軍VR領(lǐng)域，整個行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，推出了一批初級階段的產(chǎn)品。

從市場來看VR產(chǎn)品主要有硬件設(shè)備和內(nèi)容兩大類，其中硬件主要有頭戴設(shè)備（眼鏡、頭盔、一體機）、非頭戴設(shè)備和手套；其中內(nèi)容主要有場景、游戲、分發(fā)平臺等。

（1）頭戴設(shè)備

頭戴VR設(shè)備是虛擬現(xiàn)實的主要形式，通過沉浸式的頭盔或者VR眼鏡，用戶可以直接置身于虛擬世界中，這種體驗是最為直觀和徹底的，也將是未來虛擬現(xiàn)實的發(fā)展趨勢，表1是主流廠商的和種頭戴設(shè)備。

表1 頭戴設(shè)備類產(chǎn)品

（2）非頭戴設(shè)備

非頭戴產(chǎn)品以體感類設(shè)備為主，由于技術(shù)條件限制，該類產(chǎn)品在過去一段時間，是大家體驗VR的基本方法，但是相對于頭戴類VR設(shè)備，非頭戴設(shè)備并不能達到其身臨其境的體驗，在未來這類產(chǎn)品或?qū)⒅饕鳛轭^戴類VR的配件使用，市場上主流產(chǎn)品有NextVR（圖2）、微軟Kinect、索尼PS4、享動體感游戲機XD3188-2、幻影手電腦體感游戲棒等。

（3）手套

手套作為頭戴VR的配套產(chǎn)品，其設(shè)計出發(fā)點就是為了更好地體驗頭戴VR產(chǎn)品，通過數(shù)據(jù)手套，用戶可以通過感官體驗更加真實的馳騁于虛擬現(xiàn)實中，市場主流產(chǎn)品有5DT（圖3）、Immersion CyberGrasp、DGTech、Fakespace、Measurand等數(shù)據(jù)手套。

二、VR技術(shù)瓶頸

1、人才

當(dāng)今世界市場和科技的競爭就是人才的競爭，目前VR人才嚴(yán)重缺乏，有限的VR人才集中美國、英國、加拿大等以IT高科技為主導(dǎo)的創(chuàng)新型國家和地區(qū)。根據(jù)領(lǐng)英發(fā)布全球VR（虛擬現(xiàn)實）人才報告中數(shù)據(jù)顯示[4]，美國VR人才占全球總數(shù)40%，而中國VR人才數(shù)量占全球2%，比印度還低。從VR職位需求量來看，美國獨占近半，中國則約占18%緊隨其后(圖4)。

2、硬件瓶頸

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)的發(fā)展基本上可以保證在輕便的硬件上實現(xiàn)足夠的計算速度、存儲空間、傳輸速率和續(xù)航能力。目前最需要解決的是圖像技術(shù)瓶頸[5]。圖像識別技術(shù)不成熟，特別在復(fù)雜圖形、動態(tài)圖像、特殊場景（如夜間）等方面，信息篩選、識別的正確率和精確率均較低，遠(yuǎn)不足以支撐一款消費級產(chǎn)品；實時三維建模技術(shù)缺乏；精確定位技術(shù)誤差大，遠(yuǎn)未到商用階段，還需要時間研究。

3、內(nèi)容瓶頸

目前市場上是硬件品種多而內(nèi)容少，高清高質(zhì)量的內(nèi)容更少，主要原因一方面是內(nèi)容制作成本很高，內(nèi)容制作必備“人才、相機、軟件和平臺”，人才的缺乏、相機的昂貴、軟件和平臺剛剛上線，都需要人力和資金的投入；另一方面市場的硬件技術(shù)還不夠成熟，沒有足夠的信心讓企業(yè)家或投資者向內(nèi)容上投入大量的資金。因此簡化內(nèi)容制作技術(shù)，確保對用戶而言虛擬現(xiàn)實內(nèi)容觸手可及，同時提高內(nèi)容質(zhì)量這是推廣虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵之一。

三、VR發(fā)展趨勢及應(yīng)用領(lǐng)域

據(jù)2015高盛VR報告中預(yù)計[6]，到2020年，全球頭戴VR設(shè)備年銷量會達4000萬臺，硬件市場規(guī)模至少￥400億元，加上內(nèi)容、企業(yè)級市場，將是千億以上；長遠(yuǎn)看，VR產(chǎn)業(yè)規(guī)模萬億可期。

經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析 VR主要應(yīng)用在十大應(yīng)用領(lǐng)域，包括教育、工程、電影、旅游、軍事、房產(chǎn)、醫(yī)療、直播、游戲、購物等。

1、實體店般的體驗-- VR在購物平臺領(lǐng)域的應(yīng)用

VR購物，是打破物理限制，讓商家把整個店鋪帶到消費者眼前，感覺就是在逛實體店，隨手可以觸摸產(chǎn)品的質(zhì)感和試穿戴體驗，VR購物有望成為繼電商和移動互聯(lián)網(wǎng)之后的新一代購物方式。但目前階段，VR購物仍然只是一種吸引眼球的營銷手段，是一種行業(yè)的探索性實驗。然而，如果VR購物取得突破性進展，制作成本大幅度下降，那么越來越多的購物中心和購物平臺將面臨著轉(zhuǎn)型升級的挑戰(zhàn)。圖5 為淘寶移動平臺工作人員演示VR購物場景

2、身在其中的刺激-- VR在游戲領(lǐng)域的應(yīng)用

對于游戲玩家而言，大概沒有什么比戴著VR頭盔“走進”游戲場景，隨著音樂手舞足蹈，或握著手柄做出射箭、射擊的動作，體驗一場身在其中的刺激。近兩年虛擬現(xiàn)實設(shè)備及內(nèi)容、移動游戲操控設(shè)備等細(xì)分領(lǐng)域正在順勢蓬勃發(fā)展。圖6為網(wǎng)易推出的首款VR游戲《破曉喚龍者》。

3、感受現(xiàn)場的氛圍--VR在事件直播領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)場看球賽、演唱會或國慶閱兵等國家重大事件時，除了觀看主角的精彩表現(xiàn)或表演，同時感受現(xiàn)場的氛圍，觀眾的歡呼聲與吶喊聲，甚至還能見到一些小插曲，讓你回味無窮。以上感覺在VR直播中都能體味到，目前電視直播的觀看體驗根本無法與沉浸式VR體驗相提并論。圖7是VR直播的中國國家足球隊的比賽。

4、醫(yī)學(xué)界的良方--VR在醫(yī)療保健領(lǐng)域的應(yīng)用

VR在醫(yī)療保健領(lǐng)主要有兩方應(yīng)用，一方面是用于醫(yī)療教育培訓(xùn)，讓臨床醫(yī)生在練習(xí)外科手術(shù)時可以享有視覺及觸覺上的雙重體驗，從而提高實踐經(jīng)驗；另一方面是用于治療，主要是針對那些因為燒傷之后有強烈痛感以及長期處于恐懼和害怕狀態(tài)的病人，VR技術(shù)能夠幫助醫(yī)生循序漸進地去刺激患者，讓患者慢慢恢復(fù)創(chuàng)傷處的知覺，實現(xiàn)痊愈的目的。

5、房產(chǎn)中介的殺手--VR在房產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

在房產(chǎn)銷售時VR為用戶提供360°全景沉浸式看房體驗，勢必進一步推進房產(chǎn)發(fā)展并提高交易效率。購房者戴上虛擬現(xiàn)實眼鏡后，配合開發(fā)的VR虛擬現(xiàn)實樣板房系統(tǒng)，便可置身在新房之中，房屋結(jié)構(gòu)、效果一目了然，并且還可以前進、后退隨意移動感受房屋效果，突破以往看宣傳冊和模型的局限，將來在線遠(yuǎn)程買房成為可能，房產(chǎn)中介公司可能會消失。

6、VR技術(shù)的發(fā)源地--VR在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

VR 技術(shù)就是在軍事領(lǐng)域誕生與應(yīng)用，VR技術(shù)的仿真模擬場景能夠很好地讓軍事訓(xùn)練達到預(yù)期效果，而且盡可能讓士兵避免死亡的威脅或是嚴(yán)重的傷害。在現(xiàn)代看似和平年代，但各國的較量除了經(jīng)濟就是軍事能力，訓(xùn)練有數(shù)的軍隊對捍衛(wèi)國家主權(quán)至關(guān)重要。

7、環(huán)游宇宙的夢想--VR在旅游領(lǐng)域的應(yīng)用

VR旅游的出現(xiàn)就是借助VR頭戴式顯示器，將景色以3D交互視頻的形式、360度全景式呈現(xiàn)在用戶眼前。虛擬現(xiàn)實將成為未來旅行、觀光的重要發(fā)展方向之一。用戶可以借助虛擬現(xiàn)實來實現(xiàn)預(yù)覽、規(guī)劃、演示的目的，更輕松制定行程和計劃。同時，探索一些無法到達的星球。全新的虛擬現(xiàn)實旅游體驗?zāi)Ｊ剑瑢⒏淖內(nèi)藗兊穆糜畏绞?，顛覆人們對旅游的認(rèn)知，成為未來旅行、觀光、文化導(dǎo)覽的一種重要發(fā)展方向。圖8為福建首部旅游VR全景延時視頻。

8、顛覆電影的大師--VR在電影領(lǐng)域的應(yīng)用

相對于3D、巨幕電影等圍繞著平面銀幕做出的革新，VR電影對視聽語言和敘述方式的改變堪稱一場革命性的再創(chuàng)造。傳統(tǒng)影院電影是在二維平面上呈現(xiàn)影像，而VR電影由于360度視點的存在，能用影像構(gòu)建一個三維空間。VR電影更像是一個電影的游戲化，觀眾可以選擇不同的視角，以一個“局內(nèi)人”的身份完全沉浸并參與到故事中，去體驗感知不同的故事進展與結(jié)局。

9、身臨其境做設(shè)計--VR在工程領(lǐng)域的應(yīng)用

利用工程分析軟件模擬的結(jié)果數(shù)據(jù)與可視化開發(fā)包AVS/Express，結(jié)合數(shù)據(jù)手套和位置跟蹤器在AVS[6]平臺上實現(xiàn)了工程分析數(shù)據(jù)的交互式可視化。將工程分析數(shù)據(jù)和真實感模型結(jié)合起來，且利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供給用戶交互式的可視化環(huán)境。交互式可視化能夠準(zhǔn)確直觀地展示工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變分布情況，為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)，并且可以實現(xiàn)交互式操作，使可視化具有"沉浸感"，從而大大提高工程設(shè)計的質(zhì)量，提供了一種新的工程分析數(shù)據(jù)可視化實現(xiàn)模式。

10、創(chuàng)設(shè)體驗式學(xué)習(xí)環(huán)境--VR在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

VR與教育的結(jié)合，改變抽象理論課和實訓(xùn)課的教學(xué)模式，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，如建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等，在廣泛的科目領(lǐng)域提供無限的虛擬體驗，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程[8]。一方面把人體結(jié)構(gòu)、材料結(jié)構(gòu)等抽象知識三維化，讓學(xué)生直觀理解知識點，另一方面在化學(xué)反應(yīng)、外科手術(shù)等高危險試驗中虛擬化，讓學(xué)生反復(fù)實驗，提升技能。圖9為北京培新小學(xué)的VR課堂。

四、VR產(chǎn)業(yè)鏈

VR產(chǎn)業(yè)鏈中主要分為供應(yīng)商、交易平臺、用戶三個主體，供應(yīng)商有硬件設(shè)備研發(fā)及制造商（VR頭盔、VR眼鏡等）和內(nèi)容制作商（游戲、視頻等）；用戶有企業(yè)用戶和個人消費者，VR在軍事、教育、醫(yī)療、工程領(lǐng)域的應(yīng)用主要是企業(yè)客戶，VR在購物、電影、旅游、直播、游戲、房產(chǎn)主要是個人消費者；交易平臺有硬件銷售渠道和內(nèi)容分發(fā)平臺及服務(wù)等，詳見圖10。

五、總結(jié)

設(shè)想很美好，現(xiàn)實太骨感，目前VR產(chǎn)品的體驗仍有很多局限，還不足以進入消費市場；可喜的是投資機構(gòu)普遍重視、企業(yè)研發(fā)極其活躍，已啟動VR技術(shù)發(fā)展的第三次浪潮。從市場來看，硬件方面的發(fā)展短期內(nèi)將會呈現(xiàn)百花齊放的姿態(tài)，隨著Oculus Rift、三星 Gear等主流頭顯的推出，多數(shù)人的目光開始轉(zhuǎn)向了內(nèi)容制作部分，當(dāng)前市場內(nèi)容的匱乏也是影響VR技術(shù)的重要瓶頸之一。隨著資本市場的投入， 相信VR技術(shù)的硬件、內(nèi)容、人才瓶頸都會得以解決； 相信VR技術(shù)除了在本文提出的游戲等十個領(lǐng)域的應(yīng)用之外[7]，還會產(chǎn)生新領(lǐng)域的應(yīng)用，期待讀者的拓展；相信業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為是對的，20世紀(jì)80年代是個人計算機的時代，90年代是網(wǎng)絡(luò)、多媒體的時代，而21世紀(jì)則將是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的時代。