李 巍

（安陽廣播電視臺，河南 安陽 455000）

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）單從客觀學(xué)術(shù)表達(dá)的角度，虛擬現(xiàn)實技術(shù)指的不僅是計算機圖形技術(shù)所生成的視覺，還有聽覺、觸覺、運動，甚至于現(xiàn)在人們還在探索的味覺、嗅覺等，所以VR技術(shù)被稱為多感知，通過這些多方面多角度技術(shù)，讓虛擬現(xiàn)實使用者產(chǎn)生身臨其境的感覺。

1 VR技術(shù)的要素和分類

VR技術(shù)是仿真技術(shù)的一個重要方向，是仿真技術(shù)與計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種尖端技術(shù)相結(jié)合而成的，作為一門交叉技術(shù)，VR技術(shù)擁有一定的難度基礎(chǔ)，同時，VR技術(shù)又是一門極具有挑戰(zhàn)性的前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。1956年之后，隨著硬件設(shè)備的飛速發(fā)展，VR技術(shù)的理論也日趨完善。一般來說，理解虛擬現(xiàn)實有4個關(guān)鍵要素：想象（Imagination）、交互（Interaction）、沉浸（Immersion）和行為（Behavior）。由于這4個關(guān)鍵要素中的前3個要素的英文字母都是以“I”為開頭，后一個以“B”開頭，所以業(yè)界又簡稱為“3I+B”。

1.1 理解VR的4個要素

1.1.1 沉浸感

沉浸感就是指通過視覺、聽覺等使得用戶有身臨其境的感覺，來增加虛擬世界的真實性。因為相對于理論的提出順序而言，沉浸感是后來加上去的，而同時沉浸感也成了區(qū)分，虛擬現(xiàn)實設(shè)備好壞和VR技術(shù)類型的一大重要依據(jù)，同時這也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)之一。

1.1.2 想象

想象主導(dǎo)著VR內(nèi)容甚至是VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿Γ胂笫荲R的虛擬世界比之其他技術(shù)最吸引人的地方，想象的高度決定著VR內(nèi)容以至于VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展深度以及影響范圍，就拿計算機游戲舉例，數(shù)學(xué)家運用“掃雷”這個游戲研究概率而普通人只是單純地用這個游戲來解悶。同時針對行業(yè)目前的情況，想象也是十分重要的。想象為精品內(nèi)容的出現(xiàn)提供了可能，為新的交互方式、新的行為方式提供了靈感，跳出傳統(tǒng)思維才是屬于未來的思考方式。

1.1.3 交互

交互是指計算機通過各種各樣的傳感器捕捉用戶的動作等信息，同時經(jīng)過處理后與人能夠產(chǎn)生相互作用，包括對于物體的可供操作的程度，交互是沉浸感中不可缺少的一大重要影響因子，交互的實時性對于硬件的要求頗高，由于人類自身的物理反應(yīng)，稍微的延遲就會嚴(yán)重影響體驗。交互也使得VR不單單是簡單的360度全景視頻，它拓寬了VR的領(lǐng)域與應(yīng)用范圍。簡簡單單的轉(zhuǎn)頭也是交互的一種，從簡單的環(huán)形熒幕到“陀螺儀”，這里不得不談一個小小的例子：1968年受制于當(dāng)時的技術(shù)水平，科學(xué)家Ivan Sutherland發(fā)明的VR頭戴設(shè)備“達(dá)摩克利斯之劍”是依靠懸掛在天花板上來減少它的重量，由此我們不得不再次感嘆科技的力量。

1.1.4 行為

行為是行為的基礎(chǔ)，行為是交互的表達(dá)方式。從硬件角度而言，單純只有頭戴顯示設(shè)備的時候，用戶的行為緊緊局限于視覺的相關(guān)方面，從目前來說，要進行更多的互動就意味著需要更多的不同類別的傳感器，所以VR手柄、激光定位器、追蹤器、運動傳感器甚至于VR座椅、VR跑步機等應(yīng)運而生。

2 VR技術(shù)的主要類型

根據(jù)VR技術(shù)應(yīng)用在其他領(lǐng)域采用的不同形式和最直觀的沉浸度來區(qū)分，VR技術(shù)可以劃分為以下4類。

2.1 小型傳感器

簡單的光線傳感器、距離傳感器等小型傳感器，抑或者只是計算機界面的模擬應(yīng)用。但是由于其造價低和門檻低的特點，這種類型的VR技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。

2.2 沉浸式虛擬現(xiàn)實

比之桌面式虛擬現(xiàn)實，沉浸式虛擬現(xiàn)實則提供更高層次的完全的沉浸式體驗，使得用戶有一種置身于虛擬世界的感覺。幾乎所有沉浸式虛擬現(xiàn)實的分類都是以頭盔顯示器為關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)然隨著科技的發(fā)展，業(yè)內(nèi)的趨勢是拋棄繁重的頭盔設(shè)備，轉(zhuǎn)而以眼鏡甚至是直接投影在眼球上來代替。

沉浸式頭盔是一種將使用者與真實環(huán)境隔離的先進顯示裝置，它可以分別為左眼和右眼提供兩個既包含平行視差又獨立的圖像，類似于3D電影的拍攝和播放原理。再加上各種類型的傳感器對現(xiàn)實的分別模擬，就能夠產(chǎn)生一種極強的立體真實感。這種類型的VR技術(shù)是目前影響最廣，在可操作的前提下潛力最大的一類。更多的商家也愿意在這一類的VR技術(shù)上做投資。

2.3 增強現(xiàn)實性虛擬現(xiàn)實

增強現(xiàn)實性虛擬現(xiàn)實，則是跳出了對現(xiàn)實的模擬和仿真，轉(zhuǎn)而要加強參與者對于真實世界的感受，也就是那些無法感知或者是不方便感知的事物。比如說用戶去參加車展，帶上相關(guān)的設(shè)備后看車，車子的各類信息就會在設(shè)備上顯示出來，這樣用戶就不必再去詢問抑或者查詢資料。增強現(xiàn)實是VR技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)和最終形態(tài)，但是受限于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

2.4 分布式虛擬現(xiàn)實

簡單來說，分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是前面3類的集合版本。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是指基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬環(huán)境，使得位于不同物理位置的多個虛擬環(huán)境或者多個用戶能夠通過網(wǎng)絡(luò)相連接。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)運行在分布式環(huán)境下有兩種原因：（1）基于計算機發(fā)展的強大的分布計算能力。（2）某些應(yīng)用本身就具有分布特性的需要，比如，各類網(wǎng)絡(luò)游戲或者假使分隔在兩地的人能夠通過VR技術(shù)實現(xiàn)“面對面”的交流等。

3 VR技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用

VR技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用從產(chǎn)生之初就受到高度關(guān)注，特別是需要消耗大量人、財、物以及具有危險性的應(yīng)用領(lǐng)域，具體來說主要包括以下幾個方面。

3.1 在工業(yè)上的應(yīng)用

VR技術(shù)使得現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計得以更進一步，新的思路帶來了新的創(chuàng)新的可能，作為現(xiàn)代工業(yè)的核心環(huán)節(jié)，VR技術(shù)在傳統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上代替了老一套的平面設(shè)計，使得二維平面設(shè)計上的束縛得以突破。在進行產(chǎn)品設(shè)計時，可以利用計算機仿真、遙感等現(xiàn)代最新技術(shù)，將產(chǎn)品的質(zhì)量、性能等全面地展示在三維空間中。設(shè)計師可以在計算機的幫助下，更加直觀地觀察到產(chǎn)品成型的狀態(tài)，就能迅速地找出產(chǎn)品設(shè)計中的不足并且更快地加以解決，這樣就可以縮短設(shè)計的周期，提高現(xiàn)代產(chǎn)品制造的效率，從而減少了研發(fā)成本，進而提高了產(chǎn)品的市場競爭力。不僅如此，利用分布式類型的VR技術(shù)，顧客還可以率先在虛擬世界里使用虛擬的產(chǎn)品，降低了直接投入市場運營的風(fēng)險，而且三維空間中產(chǎn)品能夠更好地體現(xiàn)設(shè)計者的設(shè)計理念，表達(dá)出設(shè)計者正確的想法。

3.2 在教育上的應(yīng)用

VR教學(xué)是VR技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的一大重要目標(biāo)，因為不論在什么情況下，教育的重要屬性都不會減弱。比之于傳統(tǒng)的面授黑板教學(xué)或者多媒體教學(xué)，VR教學(xué)能夠更加吸引學(xué)生的興趣，虛擬交互使得教育從被動變?yōu)橹鲃?，對于知識的表達(dá)也更加的直觀。同時也為某些教學(xué)增加了安全系數(shù)，比如在化學(xué)的教學(xué)中，既可以利用VR技術(shù)在桌面上使得書本上的專業(yè)器具名詞更加的立體，又可以利用沉浸式設(shè)備模擬化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，不僅保證了安全，而且相比于視頻能夠從各種不同的角度更加直接地觀察。

3.3 在軍事上的應(yīng)用

利用VR技術(shù)搭建的虛擬戰(zhàn)場，可以使得士兵能夠提前適應(yīng)將要作戰(zhàn)的環(huán)境并且在與實地環(huán)境極為接近的狀態(tài)下進行戰(zhàn)斗的演練等工作，VR技術(shù)的發(fā)生地美國在這一點上走在了前列：當(dāng)年的海灣戰(zhàn)爭，士兵們對于周遭的環(huán)境并不會感到異常陌生，因為他們之前在模擬器中看到過、感受過不止一次這樣黃沙漫天的場景，畢竟在戰(zhàn)場上時間是最重要的，敵人無時無刻不對你進行攻擊，你需要做的就是馬上解決眼前的問題。

VR技術(shù)在軍事中除了在戰(zhàn)場上的應(yīng)用，還有在戰(zhàn)后士兵的心理修復(fù)方面也扮演著重要的角色。利用高配置的VR頭盔，在各類傳感器的幫助下，使得能夠再現(xiàn)當(dāng)初戰(zhàn)場的圖像、聲音甚至于是氣味，士兵就能在專業(yè)醫(yī)生的監(jiān)控下重新面對他們體會他們所經(jīng)歷的一切，同時減輕了談話治療的負(fù)擔(dān)，成為醫(yī)者的全新的一項改善治療的選項。

3.4 在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

VR技術(shù)能很好地解決看病遠(yuǎn)、看病難的問題，患者通過掃描自身的信息然后發(fā)送給醫(yī)生進行診斷，或者通過之前設(shè)定的數(shù)據(jù)進行一些小疾病的自我檢查。傳感器對于身體的掃描而產(chǎn)生的信息匯總，會比病人自我描述顯得更加詳細(xì)，有利于縮短診斷的時間，提高疾病治療的成功率。在某些醫(yī)生不能到場的情況下，可以利用VR技術(shù)進行遠(yuǎn)程醫(yī)療。例如醫(yī)院遠(yuǎn)程會議、遠(yuǎn)程實時合作手術(shù)等。在手術(shù)中，可以通過操縱手術(shù)機器人代替人手來完成一些高難度的動作，甚至是進入血管等體內(nèi)的微型機器人，進行腫瘤的切除等外部很難完成的手術(shù)。

3.5 在游戲上的應(yīng)用

普通的游戲無論是2D抑或是3D都不會產(chǎn)生VR游戲這般真實的體驗，同時由于游戲的普適性，VR技術(shù)在游戲上的應(yīng)用也是VR技術(shù)推廣的重要部分，拋棄了鼠標(biāo)和鍵盤的束縛，真正的以玩家為主角中心。VR技術(shù)幫助玩家“真實”實現(xiàn)了自己的夢想，例如使命召喚的VR版本可以讓玩家體驗真實的戰(zhàn)場，實現(xiàn)普通人的戰(zhàn)場夢：STEAM的B. Braun Future Operating Room游戲讓玩家過了把醫(yī)生的癮。還有賽車、飛行等數(shù)不勝數(shù)。

3.6 在手機上的應(yīng)用

由于手機和周遭電子設(shè)備的智能化，VR技術(shù)與手機的結(jié)合可謂是相得益彰，在桌面式虛擬現(xiàn)實方面，手機可以通過安裝APP來模擬各種控制器來達(dá)成例如空調(diào)溫度的控制，智能電視頻道換臺，窗簾的自動開關(guān)等，這也是最近各廠商樂忠的生態(tài)家居的概念。在沉浸式虛擬現(xiàn)實方面，受限于設(shè)備成本，行業(yè)自己的發(fā)展衍生出了名為虛擬現(xiàn)實眼鏡和虛擬現(xiàn)實頭盔的區(qū)別產(chǎn)品，就像手機行業(yè)的低端機和高端機的產(chǎn)品定位分布。除去配置和做工的差別，虛擬現(xiàn)實眼鏡是依靠鏡片為技術(shù)核心，借助智能手機來作為它的“主機”。由于所需的硬件在手機內(nèi)的高度集成，虛擬現(xiàn)實眼鏡的成本就大大降低了，真正降低了沉浸式VR的門檻，例如小米手機推出的小米VR眼鏡，三星手機推出的Gear VR，暴風(fēng)影音的暴風(fēng)魔鏡等都屬于這個范疇。