VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

涂思危

摘 要：本文剖析了當(dāng)今熱門的虛擬現(xiàn)實技術(shù)自身的發(fā)展現(xiàn)狀及其在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，對VR核心技術(shù)介紹、在醫(yī)療與能源仿真領(lǐng)域的應(yīng)用、未來前景與展望三部分內(nèi)容進行了論述。VR技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速，該技術(shù)所創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境為其在多領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了可能，其自身也可以與其他熱門領(lǐng)域相結(jié)合以實現(xiàn)新型交互方式，給予用戶更加舒適的感官體驗。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù);創(chuàng)設(shè)空間;發(fā)展前景;領(lǐng)域應(yīng)用

中圖分類號：TP391.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）04-0051-02

0 引言

隨著如今電子信息和計算機技術(shù)的不斷進步，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也作為一項新興技術(shù)得以初步發(fā)展。作為一個在眾多領(lǐng)域均有重大研究意義和價值的新模式，虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于我國的技術(shù)創(chuàng)新、未來科技發(fā)展等方面有著重要作用。目前，該技術(shù)已可被初步應(yīng)用于許多產(chǎn)業(yè)中，但就長遠來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)與生活及產(chǎn)業(yè)的結(jié)合仍具有一定的局限性。因此，為了將該技術(shù)的潛在價值充分體現(xiàn)，我們應(yīng)對該技術(shù)的內(nèi)涵與發(fā)展、應(yīng)用模式有更加充分的了解。本文將對VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、具體應(yīng)用價值及其發(fā)展建議進行簡要的概述。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

1.1 虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展起步于上一世紀(jì)，其發(fā)展歷程也大致分為三個階段。第一階段，在20世界70年代以前，是VR技術(shù)理論思想的探索時期，這一階段虛擬現(xiàn)實思想初步產(chǎn)生，但由于技術(shù)的限制，尚不具備將這一技術(shù)所系統(tǒng)化應(yīng)用的條件。1935年，美國小說家Stanley·G·Weinbaum首次在小說中構(gòu)想出通過眼鏡達到視覺、觸覺、嗅覺等全方面立體模擬體驗現(xiàn)實畫面的虛擬現(xiàn)實構(gòu)想，這也是目前可追溯的最早的關(guān)于虛擬現(xiàn)實的構(gòu)想。1962年，美國電影攝影師Morton·Heilig通過研究發(fā)明“全傳感仿真器”并以此申請了專利，這一發(fā)明也含有部分虛擬現(xiàn)實技術(shù)的思想理論。第二階段，到了20世紀(jì)80年代，VR技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用初步開展。這一技術(shù)也不再局限于單個實驗設(shè)備研究，人們開始將多系列的設(shè)備相整合，初次從視、聽、觸等多方面進行對VR環(huán)境與設(shè)備的構(gòu)建，這也使得VR的實際應(yīng)用擁有了必要條件[1]。但這一時期所設(shè)計的產(chǎn)品相對笨重、價格昂貴，并沒有獲得市場的關(guān)注與青睞。第三階段，從90年代初至今，隨著計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步，VR技術(shù)也開始高速發(fā)展。這一階段中，VR設(shè)備更為便捷實用，仿真度也日益提高，人機交互性能也不斷改善，使得各類VR產(chǎn)品相繼推出。1994年，日本游戲公司Sega針對游戲產(chǎn)業(yè)所推出的SegaVR-1在業(yè)內(nèi)引起了不小轟動[2]。2014年，F(xiàn)acebook收購Oculus更是推動了VR的商業(yè)化發(fā)展。如今VR技術(shù)已在多個領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實正在以一個前所未有的速度高速發(fā)展。其巨大的發(fā)展?jié)摿σ驳玫搅烁鹘绲闹匾暋ｎA(yù)計在若干年以后，虛擬現(xiàn)實的發(fā)展將進入成熟期，多數(shù)技術(shù)難題將得到有效解決，產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善。

1.2 基本特征

VR技術(shù)以計算機技術(shù)為載體，作為多種復(fù)雜技術(shù)的結(jié)合，擁有利用計算機為用戶創(chuàng)設(shè)虛擬三維空間的能力。多年來，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，VR技術(shù)的存在感、交互性、創(chuàng)造性以及多感知性四大基本特征不斷凸顯。

對于用戶而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)所模擬出的空間可以使其如同身臨其境。其根據(jù)人類感官的直觀感受和心理特點，在最理想的虛擬情景下，可以使用戶無法辨別出眼前的空間與真實世界的區(qū)別，從而擁有更好的虛擬體驗，這一特征即是存在感的含義。

在電腦所創(chuàng)設(shè)的環(huán)境中，介入者并非被動接受電腦的控制，用戶需要對機器之間存在自然交互以實現(xiàn)對虛擬情境下自身的運動與調(diào)整，這一現(xiàn)象表現(xiàn)為交互性。在目前的VR應(yīng)用中，大多是運用VR手柄、鼠標(biāo)、自身移動等方式實現(xiàn)交互，這一交互是實時的、同步的，意味著用戶可以對虛擬環(huán)境進行迅速調(diào)整和應(yīng)對。

VR的創(chuàng)造性體現(xiàn)在：視覺感知中的世界是人為創(chuàng)造出的，而非真實存在，但所創(chuàng)造出的環(huán)境仍然符合所有物理定律[3]，這一特性為人類提供了認識事物的新方法，能夠提供按照人類創(chuàng)造力所想象的世界，也拓寬了人類探知事物的途徑。

多感知性體現(xiàn)在：除去VR設(shè)備所提供的視覺感知以外，可以通過多種傳感設(shè)備提供包括聽覺、觸覺上的感受，這使得VR系統(tǒng)具備了多感知功能，同時也使得介入者能夠多方面的感受虛擬環(huán)境。

1.3 虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要以計算機圖形技術(shù)為載體，由于對于所創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境有著四維特征的高要求，其自身的運作相對復(fù)雜，是多種技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果。

虛擬圖形的生成技術(shù)目前已較為成熟，可以根據(jù)事物的3D物理幾何特征構(gòu)建模型。但在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，這些模型如何做到實時跟進，仍是一個重點。三維圖形實時生成技術(shù)既要求圖形的質(zhì)量精度達到一個高度，也對圖像的刷新速度有著一定要求。以虛擬游戲?qū)?zhàn)為例，想要達到實時跟進，體現(xiàn)戰(zhàn)機轉(zhuǎn)瞬即逝的效果，就必須對圖像的刷新頻率進行提高。

廣角立體顯示技術(shù)則保證了用戶能夠感受到高清晰度、逼真的視覺效果。在當(dāng)今的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，當(dāng)用戶戴上頭套后，兩只眼睛所看到的圖像是不同的、單獨產(chǎn)生的，這也意味著雙眼在視覺感官效果上的差異可以使畫面呈現(xiàn)出立體感的效果。

語音輸入輸出技術(shù)為用戶提供了立體音效效果，其關(guān)鍵在于創(chuàng)造更加自然與立體的音效，以提高用戶的聽覺感知。

傳感反饋技術(shù)的載體在于人們所佩戴的數(shù)據(jù)手柄等物品，其可以根據(jù)這一技術(shù)為用戶提供虛擬環(huán)境下的觸覺感受，即通過傳感設(shè)備對虛擬環(huán)境中的物體進行五感的體驗。

虛擬環(huán)境體驗過程中，用戶通過眼罩的方向移動來改變視線，這一過程即應(yīng)用了視點感應(yīng)技術(shù)。該技術(shù)可以通過眼部肌肉的變化、眼罩定位等方式進行視線的移動，使用戶擁有更加便捷的虛擬體驗。

2 虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用

2014年Facebook收購Oculus事件使VR技術(shù)第一次進入公眾視野，自此之后，關(guān)于VR技術(shù)與各種產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的報道不絕于耳。2016年更是被冠以“VR產(chǎn)業(yè)元年”。本文將以醫(yī)療和能源仿真兩大領(lǐng)域作為示例，展現(xiàn)VR技術(shù)在產(chǎn)業(yè)中的廣泛應(yīng)用與巨大價值。

2.1 醫(yī)療

醫(yī)療作為一項關(guān)乎民生的重大領(lǐng)域，其自身發(fā)展?fàn)顩r影響居民健康生活水平。隨著VR技術(shù)水平的不斷提高，虛擬現(xiàn)實設(shè)備在醫(yī)療方面的應(yīng)用也逐漸變?yōu)榭赡埽錈o疑對醫(yī)療領(lǐng)域的進步與發(fā)展帶來一定的積極意義。

VR技術(shù)可以在虛擬環(huán)境中構(gòu)造人體模型，介入者可以通過手柄操作移動來對人體結(jié)構(gòu)有更加直觀的了解，產(chǎn)生視覺和觸覺的雙重體驗。同時，在醫(yī)療手術(shù)中，醫(yī)生可以通過VR技術(shù)對操作難度與風(fēng)險有著提前的掌握，有助于降低手術(shù)風(fēng)險。這一技術(shù)同樣可以應(yīng)用于醫(yī)療教育與培訓(xùn)中，創(chuàng)造實體為新任醫(yī)生提供試驗樣本，并有助于其在身臨其境的環(huán)境中獲得更多的技巧知識與鍛煉機會。

這一技術(shù)同樣可以被應(yīng)用于患者的康復(fù)過程中，例如對殘疾人士輔助功能的治療過程中，將VR技術(shù)與娛樂性相結(jié)合，在康復(fù)治療的同時提高患者的治療情緒。

此外，VR技術(shù)為多種全新治療方法的研發(fā)創(chuàng)造了可能。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以運用于例如恐高癥等心理問題的治療方面。在心理醫(yī)生的指導(dǎo)下，使患者戴上VR設(shè)備，通過其創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境使得患者逐漸對其得到適應(yīng)并最終消除心理障礙。有數(shù)據(jù)顯示，在數(shù)年前將VR技術(shù)應(yīng)用于治療恐高癥患者的測試中，有近90%的人獲得了顯著成效。

2.2 能源仿真

能源產(chǎn)業(yè)種類繁多，技術(shù)難度較大。隨著如今人類生活對能源需求的增大，所面臨的能源問題也逐步凸顯，如何能使能源產(chǎn)業(yè)在提升效率的同時控制成本的投入，長久以來都是一個很棘手的問題。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)在創(chuàng)設(shè)環(huán)境、模擬生產(chǎn)等方面的優(yōu)勢或許能在這一問題上大顯身手。

目前，我國的能源產(chǎn)業(yè)包括煤礦生產(chǎn)、石油開采、電力生產(chǎn)與輸送、水利水電工程等領(lǐng)域，而虛擬現(xiàn)實能源仿真行業(yè)的出現(xiàn)在以上領(lǐng)域中均有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

虛擬現(xiàn)實所構(gòu)造的開采環(huán)境仿真系統(tǒng)有利于幫助工人熟悉其作業(yè)環(huán)境，了解作業(yè)流程，降低作業(yè)風(fēng)險。同時該技術(shù)可以模擬諸如爆炸、水災(zāi)、火災(zāi)等極端環(huán)境，讓企業(yè)人員對于極端環(huán)境與危險情景有更加全面的了解，起到降低安全事故的危害的作用。

該技術(shù)同時可以利用于促進能源行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)升級。虛擬環(huán)境有助于企業(yè)對新技術(shù)的開發(fā)擁有更便利的試驗環(huán)境，幫助產(chǎn)業(yè)進行優(yōu)化設(shè)計，也同樣可以作為一種對職工培訓(xùn)的手段，降低培訓(xùn)成本，提升生產(chǎn)效率。

舉例來說，這一理念已被成功應(yīng)用于目前煤礦業(yè)生產(chǎn)過程中，部分企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用了礦井綜采虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過VR技術(shù)將礦井作業(yè)的場景逼真展現(xiàn)[4]，可以以此提早發(fā)展工作所存隱患，提升工作安全程度，并幫助企業(yè)進行教學(xué)培訓(xùn)，減少礦工教學(xué)應(yīng)用成本，使礦工對作業(yè)運行狀態(tài)有全方位的了解，生產(chǎn)效率得到大幅度的提升。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展

3.1 未來前景

如今，VR技術(shù)引起的顛覆性的創(chuàng)新變革涉及眾多領(lǐng)域。在未來，虛擬現(xiàn)實與實際產(chǎn)業(yè)的結(jié)合無疑將給產(chǎn)業(yè)的革新升級帶來更大機遇，其自身巨大的商業(yè)價值也將得以體現(xiàn)。

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，目前國內(nèi)有關(guān)行業(yè)的融資已達50億元，企業(yè)員工已達近100萬人，產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速增長使得VR軟硬件技術(shù)快速進步，有望在未來對虛擬現(xiàn)實硬件逐步形成產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。據(jù)目前國際領(lǐng)先的投資銀行高盛預(yù)測，至2025年，世界虛擬現(xiàn)實市場規(guī)模將有望達到1820億美元。同時，軟件和硬件技術(shù)的進步同樣帶動了潛在用戶規(guī)模的增長，虛擬現(xiàn)實設(shè)備的價格并非以往令人望而卻步，而自身體積的減小與用戶體驗的增加也吸引了市場更大的關(guān)注，根據(jù)預(yù)測，至2020年，保守估計，VR用戶群體規(guī)模相對現(xiàn)在將增長約50-100倍，可達2500萬人，可見虛擬現(xiàn)實在市場中的受歡迎程度。

3.2 當(dāng)前局限

即使VR技術(shù)前景較為廣闊，但作為一項高速發(fā)展的科技技術(shù)，其自身的問題也隨之漸漸浮現(xiàn)，例如產(chǎn)品回報穩(wěn)定性的問題、用戶視覺體驗問題等，對于VR企業(yè)而言，如何突破目前VR發(fā)展的瓶頸，讓VR技術(shù)成為主流仍是他們所亟待解決的問題。

首先，部分用戶使用VR設(shè)備會帶來眩暈、嘔吐等不適之感，這也造成其體驗不佳的問題。部分原因來自清晰度的不足，而另一部分來自刷新率無法滿足要求。據(jù)研究顯示，14k以上的分辨率才能基本使大腦認同，但就目前來看，國內(nèi)所用的VR設(shè)備基本還處于單眼2k級別，遠不及騙過大腦的要求[5]。消費者的不舒適感可能產(chǎn)生的其對VR技術(shù)是否會對自身身體健康造成損害的擔(dān)憂，這必將影響VR技術(shù)未來的發(fā)展與普及。

VR體驗的高價位同樣是制約了其擴張的原因之一。在國內(nèi)市場中，VR眼鏡價位一般都在三千元以上，而HTC與Valve所聯(lián)合開發(fā)的HTC Vive國行售價更是達到了6888元。當(dāng)然這并非是短時間內(nèi)可以解決的問題，用戶如果想體驗到高端的視覺享受，必然要為其內(nèi)部更高端的電腦支付高昂的價格。

若想要使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到推廣，確保其內(nèi)容的產(chǎn)出和回報率的穩(wěn)定十分關(guān)鍵。其所涉及內(nèi)容的制作成本與體驗感決定了消費者接受VR設(shè)備的程度，而對于該高成本的內(nèi)容，其回報率難以預(yù)估。其中對VR原創(chuàng)內(nèi)容的創(chuàng)作無疑加大了其中的難度。

3.3 發(fā)展建議與展望

為應(yīng)對VR技術(shù)現(xiàn)在所面臨的問題與挑戰(zhàn)，解決其自身存在的局限性，VR企業(yè)必須想辦法打破困局。

大型企業(yè)可以利用其本身全球化的布局影響積極推動VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。以當(dāng)今世界上最大的視頻網(wǎng)站YouTube為例，自2015年起，YouTube全面開始支持VR相關(guān)視頻的上傳和播放，并通過自身機器處理將熱門視頻實現(xiàn)VR特效的轉(zhuǎn)化，旨在通過VR視頻這一渠道吸引更多用戶參與并實現(xiàn)“VR民主化”的目標(biāo)，從而以此提升自身知名度與品牌競爭力。在Google的支持下，Youtube平臺正逐漸將VR變成人人都可參與體驗的一項技術(shù)，這也無疑在自身收獲效益的同時推動了VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于當(dāng)今熱門領(lǐng)域如人工智能實現(xiàn)AI交互。人工智能有助于實現(xiàn)用戶所需的智能化與個性化，而VR技術(shù)有助于實現(xiàn)用戶的沉浸式體驗，兩者的互補與結(jié)合作為一種全新嘗試，定會帶來全新體驗。人工智能的交互方式可以促進技術(shù)的深入發(fā)展，用戶可以在虛擬界面直接和AI進行交流。

目前，許多技術(shù)的應(yīng)用尚未完全普及，例如屏幕彎曲度顯示技術(shù)等等，這都表明虛擬現(xiàn)實技術(shù)未來的發(fā)展承接在現(xiàn)有技術(shù)的突破和創(chuàng)新之中。在未來，隨著技術(shù)的不斷進步，虛擬現(xiàn)實的影響和價值將進一步擴大。虛擬現(xiàn)實技術(shù)所創(chuàng)設(shè)空間的科學(xué)藝術(shù)將提升人們的感官體驗，我們有理由相信，這有全新的認知事物的方式將為眾多領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造可能。

參考文獻

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[3] 夏敏.淺談虛擬現(xiàn)實技術(shù)[J].通訊世界，2017（2）：27-28.

[4] 劉向東.一本書讀懂虛擬現(xiàn)實[M].清華大學(xué)出版社，2017.

[5] 張毅.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].電腦迷，2017（11）：32.