技術(shù)宅

近來虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備已經(jīng)成為IT界的熱點(diǎn)，三星、谷歌和索尼都在虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)目前都只是實(shí)現(xiàn)單機(jī)效果，即只是單用戶通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備和特定的游戲、視頻進(jìn)行交互。而微軟公司旗下的Jaron Lanier實(shí)驗(yàn)室目前正在實(shí)驗(yàn)最新的多人增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)多人聯(lián)機(jī)互動，實(shí)現(xiàn)更為真實(shí)的人機(jī)、人人之間的互動。那么虛擬與現(xiàn)實(shí)是如何實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)的？這種聯(lián)機(jī)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(shí)設(shè)備

認(rèn)識虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

?虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖解

說到虛擬與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)機(jī)，我們首先要了解一下什么是虛擬現(xiàn)實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)模擬的三維動態(tài)視景和實(shí)體行為結(jié)合來讓用戶進(jìn)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(shí)現(xiàn)極度真實(shí)體驗(yàn)的一種技術(shù)，而實(shí)現(xiàn)其中虛擬真實(shí)效果的硬件就是虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備（圖1）。

一般來說，一套完整的虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)的游戲中，通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備讓使用者從身體感官（視覺、聽覺）各方面全身心進(jìn)入到游戲中，體驗(yàn)前所未有的逼真（圖2）。

?微軟的虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)機(jī)設(shè)備頭部傳感器

連結(jié)虛擬與現(xiàn)實(shí)

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

我們先來了解一下虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的工作原理，要實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，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(biāo)及物體的三維數(shù)字化模型，接著虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的顯示器會向用戶呈現(xiàn)3D顯示效果，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)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(yùn)動以改變圖像的視角，這樣用戶的視覺系統(tǒng)和運(yùn)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(shí)現(xiàn)對虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的操控（圖3）。

?Jaron Lanier實(shí)驗(yàn)室展示的共享混合現(xiàn)實(shí)的示例

通過上圖我們可以知道，對于每個聯(lián)機(jī)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(shí)設(shè)備顯示器中實(shí)現(xiàn)。對多人聯(lián)機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)來說，最至關(guān)重要的就是其中的定位。因?yàn)樵诙嗳寺?lián)機(jī)的情況下，我們要對同一個項(xiàng)目進(jìn)行虛擬操作，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備需要精確無誤地追蹤每個人的動作，這樣才能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(biāo)，虛擬現(xiàn)實(shí)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(yùn)動要精準(zhǔn)一致，這樣才可以實(shí)現(xiàn)對同一目標(biāo)的射擊，而其中小小的誤差就會造成虛擬圖像的混亂，嚴(yán)重影響多人聯(lián)機(jī)的效果。比如A、B兩名聯(lián)機(jī)用戶，如果虛擬現(xiàn)實(shí)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(dǎo)致聯(lián)機(jī)用戶游戲體驗(yàn)不同，影響了多人聯(lián)機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)效果。微軟的虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)機(jī)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(qiáng)大的運(yùn)算和協(xié)調(diào)能力實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)用戶定位一致，讓所有聯(lián)機(jī)用戶都可以同步獲得虛擬真實(shí)體驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)用戶同步操作（圖4）。

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

虛擬與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)機(jī) 可以帶給我們什么

?通過虛擬聯(lián)機(jī)可以讓教練和學(xué)員實(shí)現(xiàn)真實(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)練車體驗(yàn)

顯然虛擬與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)機(jī)技術(shù)可以將完美的沉浸式體驗(yàn)分享給所有聯(lián)機(jī)用戶，這樣每個參與者都可以獲得一致的真實(shí)體驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)多用戶交互體驗(yàn)，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(jī)用戶都可以帶著虛擬頭盔，手握虛擬AK47，然后在完全真實(shí)的游戲環(huán)境中，或射擊，或呼叫隊(duì)友一起射擊，這種真實(shí)、多人互動的游戲感覺絕對是每個游戲迷追求的終極目標(biāo)。

當(dāng)然除了在游戲中的應(yīng)用，虛擬與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)機(jī)技術(shù)還可以在日常很多生活場景中應(yīng)用到。比如隨著虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的普及，現(xiàn)在很多朋友通過汽車模擬駕駛訓(xùn)練來練車，這在現(xiàn)實(shí)中原本需要“教練+學(xué)員”的雙人協(xié)作訓(xùn)練，借助虛擬與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)機(jī)技術(shù)，我們在家中通過兩人聯(lián)機(jī)操作就可以獲得非常真實(shí)的駕校訓(xùn)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(yīng)用場景，現(xiàn)在都可以借助虛擬與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)機(jī)技術(shù)完美地實(shí)現(xiàn)。