方之昊

虛擬現(xiàn)實(shí)是當(dāng)今重要的技術(shù)之一，本文主要淺談其發(fā)展的歷史、相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及廣闊的應(yīng)用，旨在通過介紹虛擬現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)狀，來表達(dá)對(duì)未來虛擬現(xiàn)實(shí)的展望。

1.虛擬現(xiàn)實(shí)的概念和簡介

相信大家看過《頭號(hào)玩家》這部電影，我也特地到電影院觀看了這部電影。這里面就講述的是人類沉浸于虛擬現(xiàn)實(shí)之中，虛實(shí)相生，玩味無窮。

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種綜合了多種技術(shù)而發(fā)展起來的，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)。盡管作為一門新的技術(shù)，它的發(fā)展也相當(dāng)迅速，應(yīng)用也相當(dāng)?shù)膹V泛，也早已融入我們的生活當(dāng)中。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也被公認(rèn)為21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。

當(dāng)然，虛擬畢竟是虛擬的，并非一個(gè)真實(shí)的世界，而是一個(gè)可以交換的環(huán)境，通過各種技術(shù)手段，比如：數(shù)字圖像處理，人機(jī)接口技術(shù)，信息傳感技術(shù)，心理學(xué)等。利用這些技術(shù)，可以讓人們有身臨其境的感覺，隨著技術(shù)的發(fā)展與成熟，原本枯燥無味的計(jì)算機(jī)，伴隨著虛擬現(xiàn)實(shí)的出現(xiàn)，顯得更加人性化。通過三維設(shè)備與物體接觸，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交換，這同時(shí)也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心所在。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展歷史

虛擬現(xiàn)實(shí)的歷史大致分為三個(gè)階段：

2.1 20世紀(jì)50年代-20世紀(jì)60年代末

1956年，Morton Heileg 發(fā)明了叫sensorama的仿真摩托車，隨后1962年，海里戈又發(fā)明了“全傳感仿真器”，這也開啟了人類第一次接觸虛擬現(xiàn)實(shí)，也為后人打下來了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不幸的是，他被當(dāng)時(shí)的人們認(rèn)為是空想家，大家對(duì)于他的研究與發(fā)明并不感興趣。當(dāng)然這并沒有影響到海里戈，他依舊沉浸于虛擬摩托車的體驗(yàn)中，依舊堅(jiān)持自己的理念。偉大的海里戈也留給了后人他最尖端前沿的發(fā)明。

2.2 20世紀(jì)70年代初-20世紀(jì)80年代末

1973年，Myron Krurger 首次提出來了虛擬現(xiàn)實(shí)的概念，但是他用的詞語是“Artificial Reality”，與此同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了初步的發(fā)展，這段時(shí)間內(nèi)，可謂是碩果累累，兩個(gè)典型的系統(tǒng)的出現(xiàn)，即VIDEOPLACE和VIEW的出現(xiàn)，進(jìn)一步的推動(dòng)了其發(fā)展。我們所熟知的飛行員所用的仿真器也是在此期間開發(fā)的，越來越多的公司開始積極的研發(fā)，人類對(duì)此表現(xiàn)出極大的興趣

2.3 20世紀(jì)80年代末至今

1989年，美國的科學(xué)家Jarn Lanier正式提出來了虛擬現(xiàn)實(shí)的概念，詞語“Virtual Reality”也首次亮相，簡稱“VR”。我們現(xiàn)在所涉及的多個(gè)領(lǐng)域，比如工業(yè)，商業(yè)，教育，軍事，包括我們玩的游戲，甚至是購物，看病都會(huì)援用到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

各個(gè)發(fā)達(dá)國家也在加強(qiáng)自己的研發(fā)工作，比如美國，英國，日本，當(dāng)然也包括我們中國。也研究出來了許多令人矚目的發(fā)明，如：英國的Transputer技術(shù)，德國在制造寶馬、奔馳等車子時(shí)，利用VR技術(shù)、日本發(fā)明了人類面部表情特征的識(shí)別、中國的阿里巴巴嘗試VR購物等等。

如今，虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展也已日漸成熟，也走入了我們每個(gè)人的家庭當(dāng)中。

3.虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的特征

通過了解，我們的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有一下三種特征沉浸性，交互性以及構(gòu)想性：

3.1.1 Immerse 沉浸性

我們所知，虛擬現(xiàn)實(shí)是虛擬的，需要用戶全身心的投入到虛擬的場景當(dāng)中，讓人身臨其境，忘記了現(xiàn)實(shí)的一切，完全進(jìn)入了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)好的虛擬世界當(dāng)中。《頭號(hào)玩家》當(dāng)中主演在現(xiàn)實(shí)中叫韋德，而到了虛擬當(dāng)中，他則叫帕西法爾，他也可以隨意的更改自己的外表，甚至是性別。他也可以完全沉浸在虛擬之中，忘記現(xiàn)實(shí)中的煩惱，忘記現(xiàn)實(shí)之中的一切。電影當(dāng)中還可以成為超級(jí)英雄，尋找出藏匿之中的彩蛋。

3.1.2 Interactive 交互性

就算在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，人與人之間的交流也是必不可少的，虛擬當(dāng)中也同樣如此，交互性就是讓虛擬中的對(duì)象可自由的交流互動(dòng)，當(dāng)然這一切都是基于現(xiàn)實(shí)當(dāng)中操作者的動(dòng)作或者語言來完成，讓人感覺非常親切。由于人們不甘于現(xiàn)實(shí)，以至于想征服未來，為了達(dá)到這一目的，虛擬中的玩家要不斷的進(jìn)行交流，通過合作來完成。所以我們也可以經(jīng)常看到頭戴頭盔的人在漫無目的手舞足蹈，這就是他們?cè)谶M(jìn)行信息交流。

3.1.3 Imagination 構(gòu)想性

人在不同的環(huán)境中會(huì)有不同的認(rèn)識(shí)，在虛擬當(dāng)中也會(huì)有全新的的概念，會(huì)提高自己的認(rèn)識(shí)的廣度與深度，從而產(chǎn)生新的構(gòu)想。然后把這些構(gòu)想輸入電腦系統(tǒng)當(dāng)中，通常會(huì)有不同的效果的出現(xiàn)，人類也可以在此過程中繼續(xù)進(jìn)步，得到發(fā)展。有人預(yù)測在未來，人們的現(xiàn)實(shí)生活會(huì)讓人非常失望，所以人們希望可以通過虛擬宇宙實(shí)現(xiàn)內(nèi)心的慰藉。而這一切的構(gòu)想都需要人類自己來完成，因此人們要不斷的對(duì)自己所創(chuàng)造的系統(tǒng)不斷進(jìn)行完善，構(gòu)想出更加精美的創(chuàng)造。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)所涉及的技術(shù)相當(dāng)多，也相當(dāng)復(fù)雜，它是多種高科技技術(shù)的融合，其中最關(guān)鍵的技術(shù)大致有這幾點(diǎn)：動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖像生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、多功能交互技術(shù)以及應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具。

我想重點(diǎn)介紹實(shí)時(shí)三維圖像生成技術(shù)。我們所熟知的實(shí)際環(huán)境就是一個(gè)三維世界，為了讓體驗(yàn)者可以有沉浸性，設(shè)計(jì)研發(fā)者必須要能生成三維圖像，將虛擬世界當(dāng)中的畫面盡可能的逼真的展現(xiàn)給體驗(yàn)者。其實(shí)圖形的生成是虛擬現(xiàn)實(shí)的瓶頸之一。我們所衡量沉浸在虛擬環(huán)境中的效果主要是看其動(dòng)態(tài)特性及其交互延遲特性。為了達(dá)到這一指標(biāo)，每秒鐘要生成并且產(chǎn)生至少10幀的畫面，否則將會(huì)嚴(yán)重影響虛擬現(xiàn)實(shí)的效果；我們都知道人的視覺是有停留的，所以系統(tǒng)生成圖像的的反應(yīng)速度至多不可以超過0.25秒，不然人們?cè)谔摂M中將會(huì)有不適應(yīng)的反應(yīng)，比如說：嘔吐、煩躁等，嚴(yán)重影響效果。虛擬現(xiàn)實(shí)利用計(jì)算機(jī)所提供的三維數(shù)據(jù)來生成場景，對(duì)物體在虛擬世界中進(jìn)行重建。

其次還有多功能的交互技術(shù)，由其特征，我們知道虛擬現(xiàn)實(shí)由交互性，因此信息的交互顯得格外重要，不僅僅是語言的交互，各種感官的交互也尤為重要。所以這也是關(guān)鍵技術(shù)所在，需要加強(qiáng)對(duì)于這方面設(shè)備的研究。

4.虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用

4.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲

一提到游戲，則是我們這些年輕人所感興趣的，從小到大玩過各式各樣的游戲，當(dāng)然大多數(shù)只是二維游戲，在手機(jī)電腦等屏幕上完成。隨著VR技術(shù)的成熟與發(fā)展，VR游戲也越來越多，每當(dāng)我們?nèi)ゴ笮唾徫锷痰?，總?huì)發(fā)現(xiàn)有個(gè)角落里有幾臺(tái)設(shè)備，可以提供人們玩VR游戲，有射擊類的、體育類的、賽車操控類的。除了在商店里面，平常在家我們也可以體驗(yàn)VR游戲，只需在淘寶購買一個(gè)設(shè)備，我們便可以在家里面手舞足蹈，體驗(yàn)游戲帶給我們的快樂。

當(dāng)然種種問題也有所體現(xiàn)，比如VR正版設(shè)備過于昂貴，畫質(zhì)的清晰度問題，戴久了會(huì)讓人頭暈，沒有很強(qiáng)的沉浸感，又或者是VR游戲目前不能覆蓋所有的游戲類型、也很少有優(yōu)秀的VR游戲的出現(xiàn)，這些都很大程度上減少了VR游戲的推廣。

或許這些游戲和《頭號(hào)玩家》中的比起來還相差甚遠(yuǎn)，但是我相信隨著科技的進(jìn)一步成熟，技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，在未來VR游戲會(huì)逐漸的占據(jù)游戲的大頭。

4.2 虛擬現(xiàn)實(shí)的醫(yī)療

生病就診是我們生活之中必不可少的環(huán)節(jié)之一，人類漸漸地對(duì)醫(yī)療的要求提高，不再僅僅滿足治好病，而是要更加安全，更加準(zhǔn)確的治病，以確保萬無一失。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年因?yàn)獒t(yī)療事故導(dǎo)致死亡的不幸患者不少于四十萬人！雖然我們沒有理由去責(zé)備醫(yī)務(wù)人員，可是造成的損失的確不可估量的。所以為了緩解這一矛盾，并伴隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，科學(xué)家一直在探索VR在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。

目前，在眾多技術(shù)的促成下，外科手術(shù)技術(shù)CAS形成了，這一技術(shù)的出現(xiàn)，不僅僅提高了外科手術(shù)的成功率，也有效的對(duì)大量的信息進(jìn)行了提取。值得一提的是，CAS技術(shù)在骨科手術(shù)中的成效非常明顯，并且取得了相當(dāng)大的成就。它首先利用磁核共振成像、超聲成像等技術(shù)對(duì)患者體內(nèi)的情況進(jìn)行了解;其次根據(jù)計(jì)算機(jī)提供 的數(shù)據(jù)，利用醫(yī)用機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)治療。這一技術(shù)的成熟大大降低了患者的手術(shù)損傷，對(duì)手術(shù)后的康復(fù)也有積極的效果。

當(dāng)然，與此同時(shí)，VR醫(yī)療也存在它的局限性，其覆蓋的面積并不廣闊，其安全性其實(shí)也并沒有達(dá)到想象的高度：加之高昂的成本，在國內(nèi)，擁有VR治療的醫(yī)院也不過區(qū)區(qū)十幾家，并不能形成規(guī)模。

4.3 虛擬現(xiàn)實(shí)的購物

購物成為當(dāng)代人的潮流，每個(gè)人的手機(jī)或多或少都會(huì)裝上一些購物的APP，這一方便的技術(shù)也深得大家的喜愛。前一段時(shí)間，阿里宣布將要展示自己的VR購物，消費(fèi)者可以根據(jù)自己的需要，到虛擬商店中挑選喜歡的物品，甚至可以進(jìn)行試用。

如果有一天，當(dāng)我們放學(xué)回到家中，發(fā)現(xiàn)媽媽在客廳里揮舞著手臂，擺著造型，說不定她就在虛擬商店中試穿自己喜歡的衣服。VR技術(shù)的沉浸性讓人們可以完全沉浸在購物的喜悅之中。

這種足不出戶，便可以去各大商場的體驗(yàn)離我們已經(jīng)不遠(yuǎn)了，阿里VR實(shí)驗(yàn)室正在加緊研究，相信在不久的將來，VR購物將全面覆蓋。

5.對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)未來的展望

就像電影當(dāng)中一樣，我們?yōu)槭裁匆獞?yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)，是因?yàn)槟茉吹膮T乏，現(xiàn)實(shí)已經(jīng)無法再滿足人類需要，人類需要更加高效、低耗能的生產(chǎn)。而虛擬現(xiàn)實(shí)這種幾乎不耗能的正可以完美的解決這一矛盾。

從各個(gè)領(lǐng)域看，虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣闊，當(dāng)然由于現(xiàn)在的技術(shù)還未達(dá)到我們想象的那種完美的境界，所以在各個(gè)方面的深度還不夠，這就需要我們對(duì)其進(jìn)行更深入的研究。相信虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不久的將來完全運(yùn)用到我們的生活之中。

6.結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，它的前景是光明的，但是道路必然是曲折的，需要一代代的科學(xué)家堅(jiān)持不懈的努力。它的信息處理方式，定會(huì)在各行各業(yè)中起到不可估量的作用，我們相信21世紀(jì)會(huì)是屬于虛擬現(xiàn)實(shí)的時(shí)代！