虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電腦游戲中的應(yīng)用

衛(wèi)子恒

摘 要 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)計(jì)算生成的一種發(fā)生在模擬環(huán)境中的交互體驗(yàn)，把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到游戲中是當(dāng)今游戲發(fā)展的熱門方向。文章先介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷史，然后介紹了它在電腦游戲里的應(yīng)用原理，再討論了它的發(fā)展問題，最后對(duì)我國(guó)VR游戲的發(fā)展方向提出建議。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)；計(jì)算機(jī)；游戲

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）225-0138-02

自從電腦游戲誕生，我們致力于將游戲中的場(chǎng)景還原地更加的逼真，經(jīng)過許多研發(fā)者的努力，游戲的視覺效果不斷的得到優(yōu)化。但是，無論場(chǎng)景多么的逼真，我們仿佛始終置身于游戲之外，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)很好地解決了這個(gè)問題。

VR技術(shù)包含了仿真技術(shù)﹑多媒體技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等多種技術(shù)，它是一門極有發(fā)展前景的學(xué)科。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓游戲玩家體驗(yàn)三維的游戲環(huán)境的同時(shí)可以操作游戲與游戲?qū)崿F(xiàn)溝通。本篇文章將通過介紹VR技術(shù)的發(fā)展歷史，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于游戲的問題及發(fā)展趨勢(shì)以及我國(guó)虛擬技術(shù)的發(fā)展建議來展開描述。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷史

20世紀(jì)80年代位于美國(guó)的VRP公司率先提出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演變發(fā)展史大體上可以分為4個(gè)階段。

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)萌芽（1963—1972）

Myron Krueger是美國(guó)計(jì)算機(jī)藝術(shù)家、互動(dòng)藝術(shù)家。在威斯康星大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間，他在1969年從事了許多計(jì)算機(jī)互動(dòng)的工作，其中包括GlowFlow。GlowFlow作為早期虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境原型，是一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制，以人響應(yīng)作為輸入的環(huán)境。他也是虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）領(lǐng)域的早期階段或第一代研究員之一。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)概念的產(chǎn)生和理論初步形成（1973—1989）

美國(guó)VPL公司創(chuàng)建人Jaron Lanier，他被業(yè)界稱為”虛擬現(xiàn)實(shí)之父”，這位集計(jì)算機(jī)科學(xué)家、哲學(xué)家和音樂家三種身份于一身的天才工程師在1987年提出了VR概念。VPL公司研發(fā)出了一系列虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，包括Dataglove（由該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人 Tom Zimmerman 在工程師 Young Harvill 的協(xié)助下所創(chuàng)造出來的）和EyePhone頭戴式顯示器和手套。

1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用（1990—2000）

1991年，SEGA發(fā)行了SEGA VR耳機(jī)，它通過應(yīng)用立體聲耳機(jī)和慣性傳感器來讓系統(tǒng)可以追蹤并反映用戶頭部的行動(dòng)。同年，卡羅利納·克魯茲·內(nèi)拉﹑丹尼爾·J·桑丁和托馬斯·A·迪法蒂在電子可視化實(shí)驗(yàn)室建造了第一個(gè)可視化立方房間，它融入了一個(gè)全息甲板的多投影環(huán)境，允許人們可以看到周遭的其他人。

1.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高速發(fā)展（2000—2015）

2001年4月，由Z-A 生產(chǎn)的SAS Cube成為第一個(gè)立體空間臺(tái)式機(jī)。2007年，谷歌地圖推出了街景地圖，這項(xiàng)服務(wù)可以顯示越來越多的全球位置的3D立體全景。

2010年，帕爾默·拉奇設(shè)計(jì)了Oculus Rift，它是一個(gè)虛擬實(shí)境頭戴式顯示器，也是第一個(gè)消費(fèi)者取向的虛擬實(shí)境頭套。2015年，深圳萬普拉斯科技有限公司（OnePlus）成為第一家利用虛擬現(xiàn)實(shí)推出產(chǎn)品的公司。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于游戲的原理

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）融入了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)等，能夠在虛擬環(huán)境中逼真模擬現(xiàn)實(shí)景觀，便于用戶通過VR設(shè)備獲得類似于真實(shí)環(huán)境交互的沉浸感[ 1 ]。這種身臨其境的環(huán)境體驗(yàn)通過視覺﹑聽覺和觸覺來實(shí)現(xiàn)并且可以和現(xiàn)實(shí)世界十分相似，但同時(shí)也可以是想象出來的環(huán)境。伴隨著電子游戲?qū)τ诒普娴娜S效果的追求，目前VR技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于游戲領(lǐng)域。

VR游戲通常是通過一個(gè)頭戴式顯示器來實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)地。它的功能在于創(chuàng)建一個(gè)真人大小的三維立體虛擬視覺環(huán)境，通過VR頭罩無論你看向哪個(gè)方向，內(nèi)置的屏幕會(huì)檢測(cè)你的頭部以及肩部的運(yùn)動(dòng)幅度及視線轉(zhuǎn)角來顯示相對(duì)應(yīng)的圖像，進(jìn)而營(yíng)造逼真的視覺效果。

VR游戲顯示通常會(huì)傳送兩個(gè)鏡頭，左右眼睛各自對(duì)應(yīng)不同的鏡頭圖像，兩個(gè)圖像之間存在細(xì)微的差別[ 2 ]。這些鏡頭通過重塑每只眼睛所見的不同圖像，來模擬我們兩只眼睛在現(xiàn)實(shí)生活中看待世界的方式，從而在人體的視覺中構(gòu)建出立體的圖像。

VR頭戴式顯示器可以通過增加視野即圖像的寬度，來增加沉浸感。虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中，放大和擴(kuò)展顯示器像素會(huì)將相同數(shù)量的像素分布到更廣的空間里，這使得大部分VR游戲像素并不會(huì)很高。因?yàn)橛螒蛏傻膱D片出現(xiàn)卡頓會(huì)令讓玩家感到不適，所以圖像最低幀率不能少于每秒60幀[ 3 ]。

此外，為了使VR游戲能夠提供更加逼真的真實(shí)情景，三維立體的音響效果也被用于增加使用者的沉浸感。應(yīng)用程序和游戲開發(fā)人員可以結(jié)合雙耳或3D音頻和VR頭戴式耳機(jī)的頭部跟蹤技術(shù)，讓佩戴者感覺到聲音來自后方、側(cè)面或遠(yuǎn)處[ 4 ]。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于游戲的發(fā)展問題

近年來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高速發(fā)展使得許多人認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了成熟期，但在具體的技術(shù)完善進(jìn)程中，還存在下面幾個(gè)問題值得我們關(guān)注。

3.1 設(shè)備造價(jià)高昂，且需要網(wǎng)絡(luò)的支持，無便攜式設(shè)備，占地空間龐大

雖然VR技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，但是它的頭套成本依然是相對(duì)昂貴的，這就造成了它的銷售價(jià)格要比其他的游戲設(shè)備的價(jià)格要高出不少。而且大部分市場(chǎng)上推出的VR游戲提供了更加逼真的游戲場(chǎng)景和細(xì)節(jié)優(yōu)化，這也就需要更好的運(yùn)行設(shè)備來提供非常高的FPS（每秒傳輸幀數(shù)）。因?yàn)檫@些原因，造成了VR游戲還難以在普通的消費(fèi)者人群中普及[ 4 ]。

3.2 缺乏成型的商業(yè)模式，開發(fā)難度較大

VR游戲的主要體驗(yàn)便是讓玩家能夠有身臨其境的體驗(yàn)，但是目前VR游戲的市場(chǎng)才慢慢地向大眾打開，游戲的類別還是相對(duì)來說比較單一的，而且并不是所有的游戲都可以朝著VR模式的方向開發(fā)的，有很多游戲因?yàn)楸旧碓O(shè)置是基于第三人稱，所以并不需要再加以開發(fā)從而提升它的真實(shí)性與沉浸性。為了能夠在VR游戲中開發(fā)出新的應(yīng)用模式還是需要更多的研究員去研究與開發(fā)。

3.3 人們保守的觀念

大眾群體會(huì)需要一段時(shí)間來接受新的游戲方式這是必然的，從以前的小霸王游戲機(jī)到電腦游戲，再從電腦游戲發(fā)展到VR游戲。人們習(xí)慣了操作鍵盤鼠標(biāo)之后再去操作新的事物也是需要學(xué)習(xí)和適應(yīng)的。

4 對(duì)我國(guó)虛擬技術(shù)的發(fā)展建議

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有很多健康安全的因素需要考慮。大多數(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都會(huì)伴隨著消費(fèi)警告：在使用過程中有可能會(huì)出現(xiàn)癲癇發(fā)作﹑兒童發(fā)育問題﹑磕絆或者碰撞，因?yàn)橹貜?fù)的受力而導(dǎo)致的不舒服甚至受傷。這些都是值得去關(guān)注的問題，有些用戶即使沒有癲癇的病史，他們也有可能會(huì)在使用VR耳機(jī)的時(shí)候出現(xiàn)抽搐和癲癇。根據(jù)調(diào)查，大概每4 000個(gè)體驗(yàn)用戶中就會(huì)有一人出現(xiàn)這樣的癥狀，而且在20歲以下的人群中更常見[ 5 ]。所以大多數(shù)VR耳機(jī)不建議兒童使用。

所以政府應(yīng)該盡可能地制定完整的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，頒布相關(guān)的法規(guī)來讓群眾在體驗(yàn)高科技技術(shù)的同時(shí)，也能夠保持一個(gè)良好的身心健康。同時(shí)鼓勵(lì)虛擬技術(shù)的學(xué)習(xí)與發(fā)展，吸引人才，迎合消費(fèi)者的需求。

目前我國(guó)正在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高峰期，促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展使我國(guó)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)達(dá)到世界一流水平是極其重要的，它將會(huì)極大地刺激我國(guó)在高科技領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

5 結(jié)論

文章總結(jié)了VR游戲的特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀，綜上所述，VR游戲的前景是非常樂觀的。無論是主打游戲體驗(yàn)的商業(yè)游戲內(nèi)容，還是融入應(yīng)用體系的嚴(yán)肅游戲領(lǐng)域，都將隨著VR硬件產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步提升完善而得到充分發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]崔麗.VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在三維游戲設(shè)計(jì)中的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2018（5）：44-48.

[2]王辭曉，李賀，尚俊杰.基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲應(yīng)用及發(fā)展前景[J].中國(guó)電化教育，2017（8）：99-107.

[3]Sophie Charara. Explained： How does VR actually work？[EB/OL].[2017-12-26].https：//www.wareable.com/ vr/how-does-vr-work-explained.

[4]李望秀，李華新，石皓.游戲型虛擬現(xiàn)實(shí)旅游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦與信息技術(shù)，2018（1）：44-46.

[5]Gary Napper. VR Theories And Predictions[EB/OL].[2016-04-23].https：//www.vrfocus.com/2015/06/vrtheories-and-predictions/