張 俊,施文波,郭 晨

(江蘇電力信息技術(shù)有限公司,江蘇 南京 210029)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用

張 俊,施文波,郭 晨

(江蘇電力信息技術(shù)有限公司,江蘇 南京 210029)

從20世紀(jì)末開始,虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)逐漸開始發(fā)展,在經(jīng)過多年的研究與發(fā)展更新之后,該技術(shù)已經(jīng)集多種現(xiàn)代學(xué)科高新技術(shù)于一體.利用這一技術(shù),能夠創(chuàng)建、模擬或者是還原出一個虛擬的世界,深切感受其中的魅力.當(dāng)前,在醫(yī)學(xué)、軍事、影視以及教育等各個行業(yè)當(dāng)中,虛擬技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,并且發(fā)揮著重要的作用.基于此,就虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行簡要的分析,希望可以提供有效的借鑒.

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);顯示技術(shù);交互技術(shù);HTC Vive

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

所謂的"虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)",是通過多種先進(jìn)技術(shù)的融合而形成的一種新的技術(shù).這種技術(shù)對計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行利用,并且在其他輔助技術(shù)的基礎(chǔ)上使得虛擬化操作得以完成,在實(shí)際的應(yīng)用過程中可以將人們不能夠觸摸或者是看見的事物用另外一種方式呈現(xiàn)出來,為相關(guān)事物的研究提供重要基礎(chǔ).但是要想實(shí)現(xiàn)這一過程,就需要對三維設(shè)備與傳感設(shè)備進(jìn)行利用,然后利用計算機(jī)仿真創(chuàng)造出一個虛擬的世界.當(dāng)前,我國在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面已經(jīng)取得了較好的成績.HTC Vive是目前最貴的VR設(shè)備,如圖1所示,其突出的優(yōu)點(diǎn)是支持房間內(nèi)的精準(zhǔn)動作捕捉,優(yōu)勢在于Valve旗下的Steam游戲平臺(注:目前全球用戶量最多的電子游戲平臺)上有HTC Vive可以享用的豐富內(nèi)容.

圖1 HTC Vive

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

在實(shí)際的應(yīng)用過程中,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下3個方面的重要特點(diǎn):①沉浸性.在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)當(dāng)中,其具體的體驗(yàn)是利用人體的視覺通道來進(jìn)行傳遞的,可以在體驗(yàn)者的視覺系統(tǒng)當(dāng)中形成圖形并顯示,從而讓體驗(yàn)者沉浸到虛擬的場景與環(huán)境當(dāng)中,帶給體驗(yàn)者真實(shí)的視覺感受,并帶來真實(shí)的心理感受.②交互性.在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)當(dāng)中,另外的一個主要特征就是交互性,這一特性指的是用戶可以利用虛擬的設(shè)備.③想象性.在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)當(dāng)中,利用視覺系統(tǒng)的傳遞,通過嗅覺、力覺、味覺等人體自然感知系統(tǒng)來對相關(guān)信息進(jìn)行反饋,從而使得體驗(yàn)者在這種環(huán)境當(dāng)中產(chǎn)生新的認(rèn)知.

2 虛擬現(xiàn)實(shí)當(dāng)前面臨的技術(shù)難題

2.1 VR顯示技術(shù)

2.1.1 分辨率不足

當(dāng)前,在主流手機(jī)當(dāng)中,早已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用肉眼來對單個像素點(diǎn)陣進(jìn)行區(qū)分,但是在VR顯示器當(dāng)中,仍然有著非常明顯的"紗窗效應(yīng)",對視覺體驗(yàn)造成很大的影響.對這一原因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),雖然所采用的屏幕規(guī)格是一樣的,但是在VR顯示器當(dāng)中,為了使得畫面可以充滿整個視野,利用了一組透鏡來對屏幕加以放大處理,從而使得DPI不斷降低,而像素點(diǎn)陣也會隨著逐漸增大.通過對相關(guān)理論進(jìn)行計算發(fā)現(xiàn),要想將VR顯示器的顆粒感有效地消除,不僅應(yīng)當(dāng)保證屏幕的分辨率超過16K,還應(yīng)當(dāng)要保證其尺寸可以塞入到VR頭戴設(shè)備當(dāng)中.而當(dāng)前這一類屏幕當(dāng)中,其分辨率大都在2 560X1 440或以下,所以還需要進(jìn)一步改進(jìn).

2.1.2 運(yùn)算機(jī)能不足

在VR渲染當(dāng)中,其對于硬件性能的要求是比較高的,而原因則是對高刷新率與高分辨率過分的追求.如果分辨率較高,那么需要進(jìn)行處理的像素點(diǎn)數(shù)量也會以幾何級數(shù)倍增,刷新率也是這樣的.例如,在電影當(dāng)中,其刷新率保證在24 Hz就能夠使得視覺流暢得以保證,但是在游戲視頻當(dāng)中,其要求比較高,應(yīng)當(dāng)達(dá)到60 Hz.而對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來說,這種水平僅僅達(dá)到入門的水準(zhǔn),只有保證顯示器的刷新率在90 Hz以上,才能夠降低眩暈問題出現(xiàn)的概率;要想達(dá)到理想的效果,就需要達(dá)到144 Hz以上.

2.2 VR交互技術(shù)

2.2.1 操控違和

當(dāng)前,在主流的VR控制器當(dāng)中,其主要分為專業(yè)外設(shè)和手柄2種,在外接式當(dāng)中,Oculus Touch的體驗(yàn)比較好.在對Oculus Touch進(jìn)行使用的時候,體驗(yàn)者所需要動用的手指及手勢動作等都與現(xiàn)實(shí)中的相對應(yīng),但是在一些特殊工具的模擬當(dāng)中,仍然存在著一些很明顯的違和感,針對軟件的具體內(nèi)容進(jìn)行專用外設(shè)的設(shè)計雖然能夠在很大程度上使得沉浸感得以提升,但是如果對每一種軟件都采取這種方式,就會使得軟件出現(xiàn)混亂.

2.2.2 反饋不足

人體一共有5種感官體驗(yàn),在VR顯示器當(dāng)中,其對視覺的反饋問題進(jìn)行了解決,而聲學(xué)系統(tǒng)則對聽覺進(jìn)行了反饋,其余的味覺、嗅覺以及觸覺等還需要進(jìn)一步解決.

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的展望

當(dāng)前軟件與硬件技術(shù)不斷地發(fā)展,虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)備在價格方面已經(jīng)從高不可攀逐漸下降,普通的消費(fèi)者也能夠購買.但是,在當(dāng)前的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備當(dāng)中,如果佩戴時間過長,就會使人出現(xiàn)嘔吐、頭暈等問題.導(dǎo)致這些問題出現(xiàn)的重要原因是在體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的過程中,會有與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相違背的情況出現(xiàn).首先,在視覺方面,屏幕的解析度應(yīng)當(dāng)達(dá)到人眼看不到顆粒的程度,但是當(dāng)前的主流頭盔式虛擬顯示器仍處于單眼2K級別,所以要想騙過大腦,依然有困難.其次,在刷新率方面,當(dāng)前所使用的主流設(shè)備,比如HTCVIVE等的刷新率都為90 Hz,但是要想使得真實(shí)感提升,則需要在144 Hz以上.另外,還應(yīng)當(dāng)對現(xiàn)實(shí)屏幕的彎曲度進(jìn)行控制,這就需要利用彎曲屏幕的技術(shù).

在VR技術(shù)當(dāng)中,當(dāng)能夠?qū)θ梭w的觸覺反饋、信息采集以及味覺等模擬問題完全解決之后,它就會不再單純地是一種供人們娛樂的方式.設(shè)想一下,如果利用VR虛擬技術(shù),通過創(chuàng)建不同的世界,使人們可以在其中旅游、工作,做任何自己想做的事情,這又將會是一種什么樣的體驗(yàn),很值得人期待.同時這也是VR技術(shù)和AR技術(shù)融合的最終目的.同時在那個階段,人工智能與機(jī)器人技術(shù)也會普及,從而為VR技術(shù)的發(fā)展提供一個重要的基礎(chǔ).總的來說,在當(dāng)前的社會發(fā)展過程中,VR技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮出其不可替代的作用,能夠滿足人們在某些方面的煩人需求.但業(yè)界的爆發(fā),仍然面臨諸多障礙,比如內(nèi)容不足、用戶體驗(yàn)費(fèi)用過高、應(yīng)用技術(shù)不成熟等因素.因此,行業(yè)的未來發(fā)展還有很長的路要走.

[1]林峰.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用[J].海峽科學(xué),2017(03):92-94.

[2]潘安.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的設(shè)計思考[J].戲劇之家,2017(05):207.

〔編輯:劉曉芳〕

TP391.9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.159

2095-6835(2017)22-0159-02