周丹

摘要：VR技術(shù)是Virtual Reality的縮寫(xiě)，也被稱(chēng)為新型交互式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。這個(gè)概念來(lái)源于美國(guó)，是最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的融合，通常取得這種技術(shù)的特點(diǎn)是讓人們將虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的計(jì)算機(jī)技術(shù)圖形，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和顯示技術(shù)等科學(xué)技術(shù)融入實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的交互中，激發(fā)人們對(duì)事態(tài)預(yù)覽的思考。這種技術(shù)主要是從三個(gè)因素開(kāi)始設(shè)計(jì)的，開(kāi)始掌握的意圖是通過(guò)技術(shù)的可用性向用戶傳達(dá)信息，通過(guò)敘述因素向用戶介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)體驗(yàn)深刻的細(xì)微差別，最后一個(gè)因素是通過(guò)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出所需的信息圖像和想法。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，計(jì)算機(jī)分布式計(jì)算技術(shù)等領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)步，現(xiàn)在視頻會(huì)議網(wǎng)絡(luò)也在推廣，這就是技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的作用。擁有低成本的技術(shù)，高性能，快速轉(zhuǎn)移的巨大利潤(rùn)的VR技術(shù)已經(jīng)在很多經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)性的海外研究國(guó)家取得了很大的進(jìn)步，擁有良好的前景。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù)；應(yīng)用前景；對(duì)策研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）20-0254-03

1 VR技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的概念是由美國(guó)VPL 研究的創(chuàng)始人Jaron Lanier于1989年提出的，目前在業(yè)界得到廣泛的使用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（也稱(chēng)沉浸式計(jì)算技術(shù)）提供了一種與新興數(shù)字世界互動(dòng)的獨(dú)特方式。VR技術(shù)也經(jīng)常被描述為一組技術(shù)，它允許一個(gè)人感知參與者的位置和行動(dòng)，改變或增強(qiáng)一個(gè)或多個(gè)感官反饋，從而在模擬環(huán)境（虛擬世界）中創(chuàng)造精神沉浸或?qū)ν庥^事物的感覺(jué)。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)含有三維物體的三維環(huán)境。對(duì)于用戶而言，三維環(huán)境中的物體對(duì)空間存在著強(qiáng)烈的意識(shí)，用戶與三維維度對(duì)象和圖像或電影的感知度也是非常不同的。

虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)包含四個(gè)主要元素：網(wǎng)絡(luò)空間，沉浸感，感官反饋和交互性。

網(wǎng)絡(luò)空間是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部建立一個(gè)虛擬環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)空間的建設(shè)是其他虛擬現(xiàn)實(shí)活動(dòng)進(jìn)行的基礎(chǔ)。虛擬世界可以通過(guò)模擬真實(shí)環(huán)境來(lái)形成非常逼真的三維模型。還可以根據(jù)不同用戶的不同想法來(lái)創(chuàng)建現(xiàn)實(shí)世界中并不存在的一些科幻場(chǎng)景，之后再在網(wǎng)空中執(zhí)行交互式虛擬現(xiàn)實(shí)操作。沉浸感是虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中最重要的特征需求，它也反映了用戶與虛擬世界交互時(shí)的真實(shí)用戶體驗(yàn)水平。但是，由于硬件和軟件的限制，真實(shí)存在的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)要想完全實(shí)現(xiàn)模擬真實(shí)世界感知效果，是不太可能的，最多只能讓用戶體驗(yàn)沉浸的感覺(jué)。感官反饋也是VR技術(shù)的一個(gè)特征。VR技術(shù)不同于傳統(tǒng)的互動(dòng)界面，不僅提供視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)反饋，還提供觸摸，風(fēng)格，氣味，味道等全方位反饋。滿足不同的用戶身臨其境的需求。交互性的特性反映在人與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)之間的相互交流的過(guò)程中。通過(guò)不同的傳感器，計(jì)算機(jī)可以很快識(shí)別用戶的自然交互行為并作出適當(dāng)?shù)幕貞?yīng)。實(shí)時(shí)相互交流的本質(zhì)對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)說(shuō)非常重要。如果用戶非常重視延遲與虛擬世界的交互，它會(huì)產(chǎn)生非常不切實(shí)際的感覺(jué)并且極大地影響交互體驗(yàn)。

2 VR技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)的興起可以追溯到1962年，美國(guó)Morton Heilig發(fā)明了Sensorama模擬器，這是一個(gè)早期的虛擬視頻現(xiàn)實(shí)設(shè)備，用戶可以通過(guò)這個(gè)模擬器觀看紐約夜間的街道景色。1965年，Ivan Sutherland在他的文章中提出了虛擬現(xiàn)實(shí)的最早概念。他用“主要觀點(diǎn)”來(lái)形容它。本文介紹的信息不僅顯示在眼睛上，還顯示在耳朵，鼻子，嘴和手上。他提出了一些在當(dāng)時(shí)并不被接受的技術(shù)來(lái)支持他自己的主要觀點(diǎn)，例如交互式3D設(shè)備，動(dòng)態(tài)渲染，眼睛跟蹤和凝視。在接下來(lái)的30年里，與虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的軟件和硬件得到廣泛的開(kāi)發(fā)。當(dāng)然這也要?dú)w功于美國(guó)軍方積極地開(kāi)發(fā)了新型的數(shù)字模擬器，因?yàn)榈谝粋€(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是由美國(guó)宇航局的科學(xué)家開(kāi)發(fā)的。在20世紀(jì)80年代的后期，是Jaron Lanier成立了第一家開(kāi)始銷(xiāo)售虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的公司。

但直到20世紀(jì)初，支持伊萬(wàn)·薩瑟蘭想法的技術(shù)才開(kāi)始增長(zhǎng)。1993年，John A. Adam在卡特彼勒，克萊斯勒，波音，美國(guó)宇航局和一所研究型大學(xué)發(fā)表了一篇文章，解釋VR技術(shù)，指出當(dāng)時(shí)VR技術(shù)無(wú)法完全支持真正的沉浸式體驗(yàn)。

1999年，F(xiàn)red Brooks教授根據(jù)他在工業(yè)應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)，美國(guó)國(guó)家航空航天局和其他組織的經(jīng)驗(yàn)，在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助支持下實(shí)施工業(yè)VR研究應(yīng)用，結(jié)果表明幾乎沒(méi)有使用VR技術(shù)，固定VR技術(shù)的挑戰(zhàn)。自布魯克斯教授發(fā)表調(diào)查報(bào)告以來(lái)，VR技術(shù)研究已經(jīng)開(kāi)始發(fā)展，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界開(kāi)始致力于VR技術(shù)創(chuàng)新和工業(yè)應(yīng)用知識(shí)建設(shè)。 VR技術(shù)已被各行業(yè)廣泛采用以滿足各種需求。

中國(guó)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在80年代才推出，跟發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距巨大，但是其發(fā)展的巨大前景也使有關(guān)的科學(xué)家和研究人員把注意力放在國(guó)家重大研究項(xiàng)目上。20世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。1996年，王先生成為研究員，于2002年在浙江大學(xué)CAD&CG;國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲得VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)第一部分“虛擬現(xiàn)實(shí)理論（VR）技術(shù)”，北京航空航天大學(xué)，北京理工大學(xué)，上海交通大學(xué)等中國(guó)大學(xué)也在開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用研究。2008年，北航成立了教育部技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。這期間VR技術(shù)也贏得了很多國(guó)內(nèi)企業(yè)的投資，尤其是2014年，F(xiàn)acebook收購(gòu)了Oculus Rift頭盔，掀起了VR商業(yè)普及浪潮，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)也有VR產(chǎn)業(yè)鏈布局，VR 2016年被稱(chēng)為第一年。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系是VR學(xué)科研究的權(quán)威機(jī)構(gòu)之一，在虛擬環(huán)境和虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)環(huán)境中物理特征的表示和處理等領(lǐng)域取得了較好的發(fā)展。我國(guó)各大高校最早的立體顯示技術(shù)專(zhuān)用圖像合成與壓縮編碼技術(shù)取得了顯著成果。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)制作技術(shù)的運(yùn)用就是其中的具體體現(xiàn)。

目前，VR技術(shù)已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外眾多國(guó)家所研究。美國(guó)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)源地，在國(guó)際上代表了這項(xiàng)技術(shù)的一定水平的技術(shù)，在全球范圍內(nèi)取得了許多發(fā)展，并在認(rèn)知，用戶界面，后臺(tái)軟件和硬件方面進(jìn)行了廣泛的研究。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已在航空，衛(wèi)星等領(lǐng)域得到應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)訓(xùn)練站空間虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)技術(shù)已在全國(guó)范圍內(nèi)建立了VR教育系統(tǒng)。在軍事領(lǐng)域開(kāi)展虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和各種形式的模擬訓(xùn)練，提高作戰(zhàn)能力和軍事水平。與此同時(shí)，英國(guó)，日本等國(guó)家在工業(yè)設(shè)計(jì)，虛擬現(xiàn)實(shí)知識(shí)庫(kù)，虛擬現(xiàn)實(shí)游戲等領(lǐng)域也取得了良好的效果。

3 VR技術(shù)的應(yīng)用前景

現(xiàn)在VR技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于教育，建筑，娛樂(lè)，影視等多個(gè)領(lǐng)域，具有很好的發(fā)展前景。目前，人們對(duì)娛樂(lè)和影視尤為關(guān)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅在娛樂(lè)和影視領(lǐng)域取得成就，而且在其他領(lǐng)域也有很好的發(fā)展。在教育領(lǐng)域，Google開(kāi)發(fā)了一種“遠(yuǎn)征”系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)讓邊遠(yuǎn)山區(qū)的兒童能夠?yàn)g覽他們以前從未見(jiàn)過(guò)的多種世界范圍內(nèi)的VR設(shè)備。在建筑工程方面，房地產(chǎn)公司可以使用VR技術(shù)在家中顯示圖像和客戶模型?？蛻艨梢源￢R頭盔，并通過(guò)房地產(chǎn)公司設(shè)計(jì)的體驗(yàn)來(lái)創(chuàng)造真實(shí)感受。在醫(yī)學(xué)上，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以應(yīng)用于疾病的診斷和治療以及數(shù)據(jù)的可視化，如恐高癥治療，痙攣等。在慢慢接受指導(dǎo)下，這種方法可以使患者得到更好的護(hù)理并改善他們的生活環(huán)境?？梢暬瘮?shù)據(jù)意味著醫(yī)生將患者數(shù)據(jù)輸入到VR設(shè)備中，并且醫(yī)生佩戴VR頭盔通過(guò)這種虛擬現(xiàn)實(shí)方法，可以觀察患者身體內(nèi)部并且可以從各個(gè)角度觀察，例如查看腫瘤的大小以及在哪里使用哪種手術(shù)方法。

在政策方面，VR技術(shù)得到了“創(chuàng)業(yè)與大眾創(chuàng)新”政策的支持。在國(guó)家和政府的大力支持和推動(dòng)下，“互聯(lián)網(wǎng)+”和人工智能等新技術(shù)進(jìn)入了“創(chuàng)業(yè)與大眾創(chuàng)新”階段。許多VR公司也希望依靠政策支持來(lái)開(kāi)發(fā)更多領(lǐng)域的新概念和新技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是中國(guó)乃至世界科學(xué)技術(shù)界的一項(xiàng)新技術(shù)，它也創(chuàng)造了新的消費(fèi)領(lǐng)域，因?yàn)樗鹆嗽S多公司和資本家的關(guān)注。

在資本市場(chǎng)上，VR技術(shù)已經(jīng)獲得了許多公司的信任，并且VR技術(shù)的商業(yè)系統(tǒng)也已經(jīng)建立。近年來(lái)，越來(lái)越多的公司加入虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。目前，中國(guó)至少有100家公司已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)VR設(shè)備。這樣看來(lái)，中國(guó)VR技術(shù)發(fā)展的未來(lái)還是比較大的。通過(guò)數(shù)據(jù)收集，發(fā)現(xiàn)2016年中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)總收入約為56億元人民幣，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到550億元人民幣。

根據(jù)實(shí)際需要，虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)在未來(lái)可以分為雙向發(fā)展。一個(gè)是虛擬桌面的開(kāi)發(fā)，另一個(gè)則是高性能，身臨其境感覺(jué)的虛擬實(shí)現(xiàn)。在未來(lái)，這兩種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要對(duì)交互方法，建模與圖像方法和系統(tǒng)組件的研究存在著不同的要求，并主要提出了一些新的技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)要求，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)：虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一大技術(shù)趨勢(shì)。建模技術(shù)旨在從實(shí)際環(huán)境中獲取三維數(shù)據(jù)并創(chuàng)建模型。根據(jù)實(shí)際需要選擇不同的虛擬環(huán)境。

（2）實(shí)時(shí)3D圖形和顯示技術(shù)的創(chuàng)建：3D圖形生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)在的技術(shù)難點(diǎn)在于可以知道如何生成實(shí)時(shí)圖像，但確不能保證圖像的質(zhì)量和復(fù)雜性。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)圖像和立體聲傳感器也有很高的要求。今天的虛擬設(shè)備已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)的需求，虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)師需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)三維圖形和新的顯示技術(shù)。

（3）虛擬語(yǔ)音現(xiàn)實(shí)建模：建模虛擬現(xiàn)實(shí)其實(shí)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。如果可以將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與智能技術(shù)和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，虛擬現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)問(wèn)題就可以很好的得以解決。可以利用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，屬性描述和一般建模特征轉(zhuǎn)換成建模所需的數(shù)據(jù)。然后，使用計(jì)算機(jī)圖形和人工智能技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)建模過(guò)程，導(dǎo)航和評(píng)估模型對(duì)象。

現(xiàn)如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還存在一些問(wèn)題值得被探討。2016年，專(zhuān)家Leif P. Berg發(fā)表了有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用研究的報(bào)道。他指出了一些技術(shù)存在很大的挑戰(zhàn)，比如：3D建模和便捷數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換過(guò)程，在虛擬世界里存在的幾何模型環(huán)境和建模逼真的物理模擬，高效的碰撞檢測(cè)和感知功率反饋和性能表現(xiàn)，符合人體工學(xué)的VR頭盔還有待改進(jìn)。目前的VR產(chǎn)品價(jià)格也太高。通過(guò)不斷深化VR對(duì)產(chǎn)業(yè)資本的認(rèn)知和投資，VR設(shè)計(jì)參與者認(rèn)為VR技術(shù)和行業(yè)將會(huì)越來(lái)越好，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界將在未來(lái)共同推廣。

4 VR技術(shù)的對(duì)策研究

4.1 創(chuàng)新，生產(chǎn)，自主學(xué)習(xí)和研究相結(jié)合

VR技術(shù)是一項(xiàng)日益增長(zhǎng)的技術(shù)，開(kāi)發(fā)人員需要更強(qiáng)大的創(chuàng)新能力，并需要生產(chǎn)，教育和研究相結(jié)合。目前，中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展并不完善，存在一定的不足，特別是與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，技術(shù)相對(duì)落后，存在較大差距，同時(shí)還有商業(yè)化和市場(chǎng)化方面的不足，目前還不能依靠高質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品走向國(guó)際市場(chǎng)。

對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，VR技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，未來(lái)的發(fā)展還需要漫長(zhǎng)的路程，這樣各個(gè)學(xué)科之間必須相互配合，相互協(xié)調(diào)，整合現(xiàn)有的科技力量。在資源方面，它們相輔相成，使VR技術(shù)變得更好。創(chuàng)新時(shí)要注意生產(chǎn)和研究相結(jié)合，避免研發(fā)重復(fù)，浪費(fèi)資源。我國(guó)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)上投入的資金越來(lái)越多，VR企業(yè)不僅要從觀念和藍(lán)圖上吸引客戶，吸引投資者，還要深入研究技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)，創(chuàng)造自己的核心產(chǎn)品。

4.2 完善相關(guān)法律和政策

VR技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)。要打造一個(gè)健康，可持續(xù)的VR產(chǎn)業(yè)，必須改善相關(guān)法律和政策。國(guó)外有幾個(gè)國(guó)家制定了一系列管理VR行業(yè)的法律和政策。美國(guó)是信息技術(shù)遙遙領(lǐng)先的國(guó)家，其VR技術(shù)已與戰(zhàn)略規(guī)劃相關(guān)聯(lián)。此外，美國(guó)政府的下屬部門(mén)已經(jīng)制定了適合VR技術(shù)的發(fā)展計(jì)劃，并建立了健全的政策體系。當(dāng)然，中國(guó)也非常重視VR技術(shù)的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已列入“十三五”等一系列重點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃，但部分重點(diǎn)領(lǐng)域尚未制定詳細(xì)的發(fā)展規(guī)劃。因此，要整合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，必須從我國(guó)基本國(guó)情出發(fā)，優(yōu)先考慮技術(shù)發(fā)展，制定長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，同時(shí)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域做出合理安排的法律和政策。制定發(fā)展計(jì)劃。

5 結(jié)論

VR發(fā)展的前景無(wú)疑受到目前VR技術(shù)及相關(guān)市場(chǎng)的許多因素制約，許多領(lǐng)域仍處于試驗(yàn)和探索階段，無(wú)法融入消費(fèi)市場(chǎng)。VR的受歡迎程度還在繼續(xù)，VR公司應(yīng)更加關(guān)注研發(fā)產(chǎn)品。未來(lái)，隨著VR硬件設(shè)備的發(fā)展和豐富的內(nèi)容和人才的生產(chǎn)，VR技術(shù)勢(shì)必會(huì)發(fā)起一波新浪潮，應(yīng)用程序?qū)⒆兊酶蟾鼜?qiáng)。21世紀(jì)理應(yīng)是虛擬技術(shù)發(fā)展的時(shí)代。

總之，VR技術(shù)作為一種新型技術(shù)很難發(fā)展，在各個(gè)行業(yè)不斷成熟的過(guò)程中將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，對(duì)未來(lái)科技發(fā)展具有很大的推動(dòng)作用，因?yàn)檫@加強(qiáng)了對(duì)未來(lái)的研究。發(fā)展做好充分準(zhǔn)備，在國(guó)家舞臺(tái)未來(lái)發(fā)展中有自己的優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮更好的便民生活和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的潛力。

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