虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

隨著用戶對科技產(chǎn)品交互性和真實(shí)性的需求日益增強(qiáng)，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這兩項(xiàng)技術(shù)逐步產(chǎn)生并快速發(fā)展，在科技界引起了巨大的反響，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這兩項(xiàng)技術(shù)在將來可能會滲透到我們生活的每個(gè)方面。本文對虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這兩項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展歷程及其在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用和現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行研究，對未來發(fā)展的趨勢進(jìn)行預(yù)測，最后對這兩項(xiàng)技術(shù)未來對人們生活的影響做出分析。

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)概述和產(chǎn)品

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種通過電腦把多元的信息進(jìn)行融合對實(shí)際環(huán)境進(jìn)行模擬生成的一個(gè)三維的虛擬環(huán)境，讓使用者在現(xiàn)實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境之間進(jìn)行交互式的的模擬體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種有電腦生成的高級模擬環(huán)境，可以讓使用者有身臨其境的感覺，隨時(shí)無限制的觀察模擬三維空間中的環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將電腦圖形、電腦仿真、人工智能、圖形處理和網(wǎng)絡(luò)并列處理等多個(gè)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合到了一起。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用及產(chǎn)品

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到了教育培訓(xùn)、游戲、影視、醫(yī)療、軍事和仿真模擬等多個(gè)方面。現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)普及最廣范的領(lǐng)域是游戲和影視。很多廠家推出了虛擬現(xiàn)實(shí)的硬件產(chǎn)品，例如索尼Playstation VR，Oculus Rift和HTC Vive。游戲也有像古墓麗影崛起和生化危機(jī)7這樣的優(yōu)秀作品。目前VR產(chǎn)品在大型游戲的應(yīng)用方面不盡如人意，更多的類似于一種觀影體驗(yàn)，未來VR設(shè)備的更強(qiáng)的適應(yīng)性是發(fā)展的重心。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是通過計(jì)算圖像的位置及角度并加上圖像的分析實(shí)現(xiàn)虛擬場景和現(xiàn)實(shí)環(huán)境的互動。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過模擬仿真后再疊加，把真實(shí)世界和虛擬環(huán)境的信息進(jìn)行疊加，互補(bǔ)從而讓使用者擁有超現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)一種定義是由保羅·米爾格拉姆（Paul Milgram）和岸野文郎（Fumio Kishino）提出的現(xiàn)實(shí)-虛擬系統(tǒng)（Milgrams Reality-Virtuality Continuum）。他們將真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境分別作為連續(xù)系統(tǒng)的兩端，位于它們中間的被稱為“混合現(xiàn)實(shí)（Mixed reality）”。其中靠近真實(shí)環(huán)境的是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality），靠近虛擬環(huán)境的則是擴(kuò)增虛境（Augmented Virtuality）。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用及產(chǎn)品

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在游戲、娛樂、電視轉(zhuǎn)播旅游展覽和文物保護(hù)等很多領(lǐng)域。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要還是運(yùn)用在娛樂游戲方面，現(xiàn)在有很多優(yōu)秀的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)硬件產(chǎn)品，例如Google眼鏡和Microsoft HoloLens，并且任天堂也在上市多年的3DS掌機(jī)上加入對了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的支持。在游戲方面最成功的兩個(gè)案例是PSP游戲隱形妖怪（Invizimals）和在歐美國家十分火爆的Pokémon GO，這類游戲都是在現(xiàn)實(shí)中以手機(jī)或其他設(shè)備作為媒介，達(dá)到虛擬和現(xiàn)實(shí)初步互動。

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的發(fā)展歷程

虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展歷程

人造現(xiàn)實(shí)（Artificial Reality）這個(gè)詞語可以說是最早和虛擬現(xiàn)實(shí)有關(guān)的術(shù)語了，這個(gè)詞語的創(chuàng)造者邁倫·克魯格（Myron W. Krueger）可以說是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的先驅(qū)，但是現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)則更多是指代杰倫·拉尼爾（Jaron Lanier）和他的公司VPL Research在1987年創(chuàng)造并推廣的產(chǎn)品，VPL Research開發(fā)了第一個(gè)被廣泛使用的頭戴式可視設(shè)備EyePhone。這個(gè)頭戴可視化機(jī)器Evephone可以追溯到1962年，莫頓·海利希（Morton Heilig）創(chuàng)建一個(gè)原型機(jī)被稱為Sensorama，隨著Sensorama的發(fā)展，到了1968年就誕生了第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)及擴(kuò)增實(shí)境頭戴式顯示器系統(tǒng)Sutherland，它是由計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)之父伊凡·蘇澤蘭（Ivan Sutherland）與學(xué)生Bob Sproull一手開發(fā)的產(chǎn)品，但是因?yàn)樽陨碇亓恳约绑w積的問題，這個(gè)設(shè)備的很大一部分只能通過懸掛來減輕重量，不能夠完全的被使用者來穿戴。進(jìn)入20世紀(jì)初期，日本的游戲廠商開始將目光投入到了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之中，當(dāng)年世嘉發(fā)行SEGA VR，它使用慣性傳感器，液晶顯示屏幕和立體聲耳機(jī)，讓系統(tǒng)可以隨時(shí)追蹤并反應(yīng)用戶頭部運(yùn)動。同年，第一大多人虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)娛樂系統(tǒng)Virtuality推出。世嘉在推出第一款虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品后在1994年發(fā)布了SEGA VR-1運(yùn)動模擬器街機(jī)，這款街機(jī)能夠跟蹤頭部運(yùn)動并生成立體影像?？吹绞兰蔚淖髌泛螅硪患胰毡纠吓朴螒驈S商任天堂1995年發(fā)布Virtual Boy。90年代很多廠家關(guān)注到了虛擬現(xiàn)實(shí)的未來，但受于當(dāng)時(shí)的圖形處理技術(shù)不夠優(yōu)秀，虛擬現(xiàn)實(shí)并沒有很快的推廣。虛擬現(xiàn)實(shí)真正迅猛發(fā)展并快速推廣是在近十年間。最近幾年老牌科技廠商索尼、HTC和三星都推出了虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，依附于Facebook的新興企業(yè)Oculus也推出了優(yōu)秀的產(chǎn)品，在虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備發(fā)展的同時(shí)，影視制造商和游戲制造商也把住握了機(jī)會，開發(fā)了大量的匹配的游戲和影視作品。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)展歷程

實(shí)際上達(dá)摩克里斯之劍（The Sword of Damocles）既是第一款虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備也是第一款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，還被認(rèn)為是HMD頭戴顯示設(shè)備的雛形。但直到1990年增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這一術(shù)語才由波音公司的研究員Tom Caudell提出。不過這時(shí)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)依舊沒有普及，真正使增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)受到大眾廣泛認(rèn)識的是由加藤 博一（ Kato Hirokazu）主導(dǎo)開發(fā)的AR Toolkit。在2000年，Bruce Thomas等人發(fā)布了游戲Quake的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)擴(kuò)展AR-Quake。近年來例如Google眼鏡和Microsoft HoloLens等增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備誕生，讓我們離它又近了一步，但受限于專業(yè)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備價(jià)格昂貴，真正能在大多數(shù)用戶中普及該技術(shù)的平臺還是移動設(shè)備。

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)被國家科委、國防科工委列為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。我國的高校和研究機(jī)構(gòu)也有很多優(yōu)秀的研究成果，例如清華大學(xué)國家光盤工程研究中心用Quick Time技術(shù)制作的“布達(dá)拉宮”，浙江大學(xué)CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的桌面型虛擬建筑實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)。在科研領(lǐng)域健康又迅速發(fā)展的同時(shí)，在民用虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域是另一種景象。虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展空間和前景使眾多的科技巨頭投入到其中，投入重金研發(fā)，谷歌通過新項(xiàng)目頭戴式計(jì)算設(shè)備Protect Aura，騰訊也放出了VR一體機(jī)TOS系統(tǒng)的信息。古墓麗影，生化危機(jī)等老牌游戲也推出了VR版本?？此茲摿o窮的虛擬現(xiàn)實(shí)也面臨著許多問題。迅猛的發(fā)展不僅吸引了眾多大廠商還吸引著很多新興企業(yè)踏入其中。在眾多廠商巨大的投入之后，現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)市場并沒有出現(xiàn)火爆的場面。國內(nèi)一些標(biāo)榜虛擬現(xiàn)實(shí)的廠商推出的內(nèi)容質(zhì)量普遍很低，使很多本來就了解的消費(fèi)者形成了對虛擬現(xiàn)實(shí)的負(fù)面認(rèn)識?，F(xiàn)在所有虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備都無法避免的問題是使用者長時(shí)間使用會有眩暈的感覺，解決這個(gè)問題也是虛擬現(xiàn)實(shí)普及的重要因素。虛擬現(xiàn)實(shí)的市場總的來說還是在健康蓬勃的發(fā)展，未來有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展趨勢

虛擬現(xiàn)實(shí)還需要不斷提升性能來滿足航空航天、軍事訓(xùn)練、模擬訓(xùn)練等尖端領(lǐng)域的需要，動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)和實(shí)時(shí)三維圖形生成和顯示技術(shù)是性能提升的關(guān)鍵因素，更強(qiáng)的圖像處理性能使畫面的顆粒感減弱，讓使用者不會感到體驗(yàn)過于虛擬。虛擬現(xiàn)實(shí)最大的潛在客戶是PC端的游戲硬核玩家，但受限于虛擬現(xiàn)實(shí)需要專業(yè)的設(shè)備支持，未來的普及速度會遜于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的發(fā)展現(xiàn)狀

雖然我國的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的較晚，但是我國政府和科研機(jī)構(gòu)都十分重視，不斷加快最新技術(shù)的研究。我國的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)取得了不錯(cuò)的研究成果。浙江大學(xué)提出了以場景管理為核心的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件框架ARSGF，華中科技大學(xué)設(shè)計(jì)了基于視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)跟蹤注冊方法和基于實(shí)時(shí)定標(biāo)策咯的虛實(shí)配準(zhǔn)方法。在2012年央視春晚就應(yīng)用了Orad的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)?，F(xiàn)在國外的開發(fā)者已經(jīng)可以使用移動端的開發(fā)套件，并且在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和云服務(wù)上進(jìn)行支持，同時(shí)國外的移動端的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，社交媒體，多屏互動和位置導(dǎo)航資源也在日益豐富。我國現(xiàn)在的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)市場還處于萌芽狀態(tài)，多數(shù)的產(chǎn)品都停留在概念階段。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的發(fā)展趨勢

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來發(fā)展的主陣地會是移動端，利用智能手機(jī)和平板電腦本身就可以體驗(yàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容，不需要單獨(dú)的設(shè)備支持，大大降低了使用的門檻，像微軟、蘋果和谷歌這類的商業(yè)巨頭也把目光瞄向了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，WWDC17上蘋果發(fā)布了全新的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)組件ARKit，這套組件未來會適用于iPhone和iPad平臺上。移動端的普及速度遠(yuǎn)快于PC端，未來增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相比于虛擬現(xiàn)實(shí)會更快更大范圍的在普通用戶間傳播。

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)未來的發(fā)展重心

虛擬現(xiàn)實(shí)未來的發(fā)展重心

多數(shù)的商用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備未來會向桌面級虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展，桌面級虛擬現(xiàn)實(shí)的主要用途是游戲娛樂和教育培訓(xùn)，能夠吸引很多PC端的玩家。人性化更好，交互感更強(qiáng)也是虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展方向，解決長時(shí)間使用有眩暈感的現(xiàn)象，交互感的增強(qiáng)能讓使用者真正體驗(yàn)到“現(xiàn)實(shí)”的感覺，設(shè)備使用的舒適性有利于減輕使用者疲勞感，讓體驗(yàn)的過程更加自然。開發(fā)者應(yīng)該研發(fā)出更多高質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容來充實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)在價(jià)值。在解決了這些問題后，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會成為未來的主流設(shè)備。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)未來的發(fā)展重心

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)還需要提升很多方面來改變用戶的整體體驗(yàn)，更強(qiáng)的信息識別能力，信息識別的速度和效果會直接影響用戶最基本的體驗(yàn)，很多基礎(chǔ)設(shè)備也是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)展的基礎(chǔ)，比如網(wǎng)絡(luò)通信、傳感器、交互設(shè)備。相比于虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)虛擬環(huán)境的真實(shí)性，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)更需要注重與用戶的交互性。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)更低的使用成本會使增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)未來的普及速度和市場擴(kuò)張快于虛擬現(xiàn)實(shí)，但現(xiàn)階段還需要開發(fā)者開發(fā)出真正有時(shí)代意義的內(nèi)容才會吸引用戶的目光。

結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是許多科學(xué)技術(shù)交叉和融合的成果，擁有巨大的發(fā)展?jié)摿?，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品實(shí)力逐漸的增強(qiáng)，機(jī)器視覺領(lǐng)域和建模領(lǐng)域的長足進(jìn)步，人機(jī)交互將變得更加容易，屆時(shí)在這些技術(shù)的支持下，不論是虛擬現(xiàn)實(shí)還是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)都會逐步走入平常人的生活之中，逐漸交互產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)軍者，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，在不久的將來兩者會成為主流的技術(shù)并被更多的人所接受，應(yīng)用到更多的行業(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這兩項(xiàng)走在前沿的技術(shù)注定會影響著我們未來的生活和發(fā)展。

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（作者簡介：朱潤榿，濰坊圣源高級中學(xué)。）