汪永吉

廣西民族大學(xué)相思湖學(xué)院

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念、發(fā)展與外延

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality）英文縮寫為VR。它是利用特殊裝備、信息技術(shù)和電腦模擬產(chǎn)生三維虛擬環(huán)境，給使用者最大的觸動就是視覺、聽覺、觸覺等感官的綜合模擬體驗(yàn)，讓使用者如同身臨其境一般，甚至從一些現(xiàn)實(shí)無法達(dá)到的視角來觀察三維虛擬世界當(dāng)中的各種事物，并與這些事物進(jìn)行互動交互。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有三個(gè)重要特點(diǎn)：想象性、沉浸感、交互性。就像電影《頭號玩家》當(dāng)中鬼才科學(xué)家詹姆斯哈利迪一樣，想象任何現(xiàn)實(shí)當(dāng)中存在或不存在的場景。為這個(gè)想象當(dāng)中的世界來設(shè)計(jì)相應(yīng)的規(guī)則，然后構(gòu)建它，這就是虛擬現(xiàn)實(shí)的想象性，在這個(gè)虛擬世界當(dāng)中。通過計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備對物體進(jìn)行交互，其沉浸感就是虛擬現(xiàn)實(shí)送給體驗(yàn)者最大的驚喜感。當(dāng)我們戴上虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡以后可以獲得一種完全沉浸在虛擬世界當(dāng)中的感覺，分不清是真實(shí)還是虛幻。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展歷程。虛擬現(xiàn)實(shí)并不是近幾年才有的技術(shù)，早在上個(gè)世紀(jì)30年代，美國作家斯坦利開發(fā)了虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡；到60年代，美國就開發(fā)出了第1套虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)備和頭戴式的顯示器，而VR這樣的一個(gè)概念是一直到上個(gè)世紀(jì)八九十年代才首次被提出，并且開始了初次的產(chǎn)業(yè)嘗試，產(chǎn)品包括U-Force。它可以通過紅外線檢測玩家的動作Power Glove動作手套，還有首款消費(fèi)級的VR產(chǎn)品_virtually 1000CS。隨后誕生了虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRMR任天堂推出的第1款國家設(shè)備是virtual boy，但是由于技術(shù)的限制，整個(gè)行業(yè)直到2012年才被正式的引爆起來，標(biāo)志性的事件就是facebook公司以20億美金收購了虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡制造商Oculus，并推出消費(fèi)級的VR眼鏡，隨后2016年就被普遍認(rèn)為是虛擬現(xiàn)實(shí)元年，更多的資金、人才都搶先涌入到這個(gè)行業(yè)當(dāng)中，為VR技術(shù)的發(fā)展提供了更多突破性的可能。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)外延。現(xiàn)實(shí)生活中人們往往用VR這一個(gè)詞去涵蓋了其它內(nèi)容，這其中就包括AR和MR。

用戶通過VR技術(shù)在虛擬的頭盔里仿佛穿越到了另外一個(gè)世界，但它只能體驗(yàn)到虛擬世界，而無法看到當(dāng)下的現(xiàn)實(shí)環(huán)境；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)在拍攝獲取現(xiàn)實(shí)世界的畫面之后，我們可以再將虛擬的三維模型或者是場景，實(shí)時(shí)的去疊加在現(xiàn)實(shí)世界獲取的畫面當(dāng)中，形成一個(gè)虛擬疊加渾然一體的環(huán)境，用戶既能看到真實(shí)的世界，又能看到虛擬事物，用錦上添花來形容就最貼切不過了；混合現(xiàn)實(shí)(MR)的應(yīng)用，是將現(xiàn)實(shí)和虛擬融合，形成第一人、觀眾、現(xiàn)實(shí)+虛擬環(huán)境產(chǎn)生新的可視化的環(huán)境。在這個(gè)新的可視化的環(huán)境當(dāng)中，物理對象和數(shù)字對象同時(shí)存在、相互印證，還能夠?qū)崟r(shí)的互動，使得用戶難以分辨真實(shí)世界與虛擬世界的邊界，獲得一種虛實(shí)結(jié)合真假難辨的感。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用

（一）VR頭戴虛擬裝備。主流是VR頭戴顯示器，是近年來最熱門的VR產(chǎn)品，市面上主流的產(chǎn)品有HTC VIVE、OCULU SCV1等等。VR頭盔是將人與外界隔絕，以便能利用頭盔顯示內(nèi)部視覺化VR體驗(yàn)環(huán)境。引導(dǎo)虛擬用戶產(chǎn)生一種身處虛擬環(huán)境的感覺配套的定位設(shè)備，將用戶在現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中的升級動作同步到虛擬世界當(dāng)中，使得用戶可以在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行走動，環(huán)視和漫游，另外配套的專業(yè)定位手柄還可以幫助用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行，進(jìn)行物體的碰觸、抓取、拖拽等等工作，目前虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔廣泛的應(yīng)用于VR游戲，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，模擬技能的訓(xùn)練，遠(yuǎn)程醫(yī)療協(xié)同，虛擬手術(shù)訓(xùn)練，房地產(chǎn)的仿真體驗(yàn)，旅游景區(qū)的全景漫游等等不同的領(lǐng)域當(dāng)中。

（二）光學(xué)姿態(tài)傳感交互系統(tǒng)，光學(xué)姿態(tài)傳感交互系統(tǒng)，它是基于一整套精密而復(fù)雜的光學(xué)攝像頭，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺立體識別原理，由多個(gè)攝像模塊組合而成，從不同角度對目標(biāo)進(jìn)行圖像的采集，然后依據(jù)圖像識別和深度檢測算法來提取相應(yīng)的特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)人肢體動作的捕捉，光學(xué)姿態(tài)傳感交互系統(tǒng)的普及可以大大提升虛擬現(xiàn)實(shí)的交互性，讓虛擬現(xiàn)實(shí)的交互可以從手握手筆、手指按鍵的交互形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫褪怯米匀坏闹w動作直接完成對虛擬世界的交互。如果說VR頭盔是將我們的眼睛耳朵和手指傳送到了虛擬世界當(dāng)中，那么光學(xué)姿態(tài)傳感交互系統(tǒng)則是將我們的身體四肢都傳送到了虛擬世界，并與物體進(jìn)行交互，目前市場上主流的產(chǎn)品有KINECT、Leap Motion等等。光學(xué)交互系統(tǒng)主要應(yīng)用于運(yùn)動、游戲、交互、廣告、展覽展示、肢體動作的虛擬訓(xùn)練等等不同的方面。

（三）虛擬的傳感交互系統(tǒng)。由多軸測量組成，每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)都會返回在運(yùn)動過程當(dāng)中的三個(gè)軸上面的角速度、加速度的值，由測得的數(shù)值進(jìn)行結(jié)算，得到使用者的身體姿態(tài)。目前市面上主流的產(chǎn)品有諾伊騰慣性動作捕捉套裝，無線姿態(tài)傳感交互系統(tǒng)它被廣泛地應(yīng)用于影視拍攝人因工程分析、交互設(shè)計(jì)分析、生產(chǎn)線節(jié)拍設(shè)計(jì)分析、運(yùn)動動作分析、多人大空間的交互等等。

（四）VR模擬動態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)為二體驗(yàn)者帶上了頭盔之后，在現(xiàn)實(shí)空間當(dāng)中的走動可能會帶來撞墻繞線等等一系列的安全風(fēng)險(xiǎn)，為此一種VR專用的跑步機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，當(dāng)人們穿上特制的鞋子，在非二跑步機(jī)上的時(shí)候，體驗(yàn)者是被一個(gè)攔腰的支架柔和的限制在一個(gè)圓形的區(qū)域范圍之內(nèi)，可以自由的轉(zhuǎn)向，不需要擔(dān)心頭盔、繞線、絆倒自己等等這樣的一些危險(xiǎn)的發(fā)生，可以像平時(shí)一樣隨意的前后左右自由的走動，都會被跑步機(jī)巧妙的轉(zhuǎn)動回原來的位置，因此我們就不用擔(dān)心，碰到勢必這樣的危險(xiǎn)，同時(shí)還能夠精確的記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。人在跑步機(jī)上的行走這樣的動作會被精確的傳送到虛擬世界中，使得人們在虛擬世界當(dāng)中漫游的時(shí)候，獲得了更加仿真的感覺，并且極大的保護(hù)了被頭盔籠罩的用戶在體驗(yàn)時(shí)的安全性，因此運(yùn)動同步傳感交互系統(tǒng)廣泛的被應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)的人機(jī)交互、運(yùn)動同步分析、虛擬現(xiàn)實(shí)同步游戲體驗(yàn)等等的方面和領(lǐng)域。

（五）VR混合交互。由傳統(tǒng)的虛擬演播室綠屏系統(tǒng)，配合虛擬現(xiàn)實(shí)成套設(shè)備組合而成，在標(biāo)準(zhǔn)的VR設(shè)備之外，增加一套配備VR定位的攝像機(jī)，攝像機(jī)拍攝綠屏環(huán)境當(dāng)中的體驗(yàn)者，然后扣除所有綠布畫面，同時(shí)在虛擬世界中的同一個(gè)位置上，用一架虛擬的攝像機(jī)拍攝虛擬視頻的畫面，然后將這兩幅畫面融合在一起，從而就達(dá)到了虛實(shí)結(jié)合的效果，旁觀者以第3人稱的角度看到了在頭盔體驗(yàn)者的人正在體驗(yàn)的場景，以及與場景進(jìn)行相應(yīng)的交互，它被廣泛的應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)虛擬與現(xiàn)實(shí)混合交互的一些體驗(yàn)當(dāng)中。

（六）VR交互駕駛系統(tǒng)。設(shè)場景、戴頭盔成為VR駕駛真實(shí)體驗(yàn)，身臨其境、虛擬場景和真實(shí)操作成為虛擬駕駛最大的優(yōu)勢。同時(shí)能快速、節(jié)能、安全、經(jīng)濟(jì)、不受時(shí)間、氣候、場地等等的限制，還可以益教益樂訓(xùn)練并效率很高。關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)VR的硬件設(shè)備眾多，正是因?yàn)橛布a(chǎn)品不斷豐富和進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)才得以快速的發(fā)展，給我們的教育、學(xué)習(xí)、認(rèn)知、生活等等帶來更多的便利和更好的體驗(yàn)。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)分析

（一）VR的發(fā)展環(huán)境分析。虛擬現(xiàn)實(shí)在軍事、教育、工業(yè)、旅游、房產(chǎn)、醫(yī)療、科研、游戲等等多個(gè)方面都用應(yīng)用。以科技領(lǐng)頭羊美國為例，制定了政府引導(dǎo)、企業(yè)高校主導(dǎo)的發(fā)展思路。機(jī)構(gòu)方面：美國國家科學(xué)基金會(NSF)資助與VR技術(shù)相關(guān)的項(xiàng)目，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與合作處(IIP)和民用、機(jī)械與制造創(chuàng)新處(CMMI)以及大學(xué)本科教育處(DUE)；美國航空航天巨頭國家航空航天局（簡稱：航空局）來說，研發(fā)涉及有VR航空、空域和星座計(jì)劃等，包括大名鼎鼎的星探索(VPE)和未來飛行計(jì)劃；在武器性能、操控方面美國防部對VR研發(fā)也不甘落后。美國高校也是VR研發(fā)和應(yīng)用的重要場所：北卡羅來納大學(xué)(UNC)虛擬現(xiàn)實(shí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在航空、醫(yī)療、建筑行業(yè)研發(fā)應(yīng)用；專注于VR運(yùn)動，麻省理工學(xué)院(MIT)投入頗大；在VR軍事仿真、戰(zhàn)略演進(jìn)推移方面，密歇根大學(xué)一路要要領(lǐng)先，還受到軍方青睞；在VR虛擬化教育和藝術(shù)設(shè)計(jì)方面，華盛頓大學(xué)大放異彩，并很多以轉(zhuǎn)化為研究成果；而工程類方向要數(shù)伊利諾斯州立大學(xué)的遠(yuǎn)程工程協(xié)助；體驗(yàn)性、沉浸式交互由久負(fù)盛名的加州大學(xué)開發(fā)研究等。

（二）VR硬件前景方面。虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)已經(jīng)經(jīng)過了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)形成了從輸入輸出、硬件、內(nèi)容、制作工具、操作系統(tǒng)、內(nèi)容制造商到分發(fā)平臺的一個(gè)全產(chǎn)業(yè)鏈，全球所有的大型IT公司都紛紛的布局虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)。好萊塢的科幻大片《頭號玩家》，從技術(shù)層面的角度，實(shí)現(xiàn)電影《頭號玩家》里那樣沉浸式或者增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)，根本不需要等到2045年，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)就已經(jīng)有了與電影差不多的內(nèi)容和體驗(yàn)，比如電影里男主角站在一個(gè)全方位的跑步機(jī)上，帶著虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡，他就能夠在方寸之間揮斥方遒，這個(gè)技術(shù)在2015年就已經(jīng)有相 對成熟的體驗(yàn)內(nèi)容了，還有就是電影主角夢寐以求的，可以在游戲當(dāng)中感受到觸摸疼痛等觸感的x1套裝，他也已經(jīng)有公司研發(fā)出了類似的裝備產(chǎn)品，玩家可以接受游戲當(dāng)中每一次槍擊爆炸這樣的觸覺反饋，當(dāng)然是不會受傷的，但非常的過癮。從技術(shù)層面來講，現(xiàn)在流行的是Oculus Rift設(shè)備來說，已經(jīng)具備了VR初級體驗(yàn)效果。電影里男主角夢寐以求的就是影片中反派公司IOI生產(chǎn)的X1套裝，在游戲過程中能夠真正感受到疼痛等等，其實(shí)全身套裝已經(jīng)有公司研發(fā)了出來。2019年3月底觸覺團(tuán)隊(duì)Hardlight VR將開始發(fā)售Hardlight VR的觸覺反饋套裝，這個(gè)套裝有點(diǎn)像電影中全身套裝的初級版，玩家可以接受游戲中每次槍擊爆炸和爆頭的觸覺反饋。讓體驗(yàn)者也能夠在虛擬世界當(dāng)中去裝扮出一個(gè)完全不同的自己來。

（三）VR發(fā)展所需人才。隨著技術(shù)產(chǎn)業(yè)加快和規(guī)模不斷擴(kuò)大，VR領(lǐng)域?qū)τ趯I(yè)人才的需求也與日俱增。國內(nèi)市場權(quán)威專業(yè)媒體統(tǒng)計(jì)，我國2017年VR產(chǎn)值達(dá)到160億元，同比增長164%，預(yù)計(jì)到2020年，我國VR市場將進(jìn)入到一個(gè)相對穩(wěn)定期，規(guī)模將達(dá)到近1000億元。來自數(shù)字權(quán)威媒體領(lǐng)英的數(shù)據(jù)顯示，中國市場對虛擬現(xiàn)實(shí)人才需求量占到全球的18%，并不斷持續(xù)的增長中，僅次于美國的48%，排名世界第二。

在這樣的一個(gè)背景之下，國家出臺了相關(guān)的政策來促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及人才的培養(yǎng)，各地政府紛紛的扶持虛擬現(xiàn)實(shí)的企業(yè)，高校、科研機(jī)構(gòu)也適時(shí)的展開了對虛擬現(xiàn)實(shí)專業(yè)的建設(shè)和研究。國內(nèi)市場對于虛擬現(xiàn)實(shí)編程開發(fā)類美術(shù)設(shè)計(jì)類和影視處理類的人才需求特別的旺盛，編程開發(fā)類對應(yīng)的崗位包括：VR系統(tǒng)架構(gòu)師、VR研發(fā)應(yīng)用工程師、C++編程開發(fā)工程師等；而美術(shù)設(shè)計(jì)類相應(yīng)的崗位有虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)設(shè)計(jì)師、3D美工、三維特效師、三維渲染師、動畫設(shè)計(jì)師等等；影視處理類則需要攝影攝像師、導(dǎo)演、后期制作師等等。對于非開發(fā)專業(yè)的大學(xué)生來說，未來的生活勢必會更多的在虛擬與現(xiàn)實(shí)交互的環(huán)境當(dāng)中來進(jìn)行切換，會不斷的接觸和應(yīng)用到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，比如旅游購物、裝修、駕駛、社交等等，甚至?xí)\(yùn)用這個(gè)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自己專業(yè)的一些可視化的展示。

四、總結(jié)

VR深入發(fā)展和普及，會對會對當(dāng)今社會的各行各業(yè)形成沖擊性的發(fā)展，給人以嶄新的面貌和身臨其境效果向世人訴說著一個(gè)新的科技時(shí)代的到來。VR的發(fā)展離不開國家的支持、教育機(jī)構(gòu)的研究，教育應(yīng)該在所有的大學(xué)生當(dāng)中開展，作為未來人才信息技術(shù)的素養(yǎng)之一，來幫助同學(xué)們發(fā)揮創(chuàng)新創(chuàng)造的能力，我們相信隨著越來越多的人才進(jìn)入到這個(gè)行業(yè)，虛擬現(xiàn)實(shí)將成為下一代計(jì)算平臺，深刻的改變我們的社交方式、學(xué)習(xí)方式以及生產(chǎn)生活的方式。