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虚拟现实到底是什么?

2017-09-15 人 浏览

虚拟现实到底是什么?
  日前,第一届全球虚拟现实大会在上海召开。2016年被业内人士称作“虚拟现实技术元年”,据预计,我国VR市场规模几年内将快速成倍增长,2020年将达到556亿元人民币。

  人人都在谈虚拟现实,那么虚拟现实到底是什么?我们特邀著名专家、武汉理工大学博士生导师陈定方教授向读者做个解析。

  从记事起,幻想就伴随着我们。在观看演唱会时,你是否幻想过在炫目舞台上表演的那个人就是你;在读武侠小说时,你是否幻想过你就是其中侠骨柔情的主人公。幻想带给你幸福的感觉,在幻想中你可以成为任何你想要的自己。要是能有一种科技,让我们的种种幻想最大程度地真实呈现该有多好!

  虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是近年来出现的高新技术,亦称灵境或人工环境。虚拟现实技术利用计算机软硬件、传感器和网络,产生一个包括几何空间三维和时间维的四维空间虚拟世界,提供视觉、听觉、触觉以及嗅觉、味觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境一般,及时、没有限制地观察和触摸4D空间内的事物。

  沉浸感 交互性 构想性 不是现实胜似现实

  虚拟现实有以下几个特性:

  沉浸感 沉浸感又称为临场参与感,是指使用者作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应达到使用户难以分辨真假的程度,如实现比现实更理想化的照明和音响效果等。在虚拟环境中,使用者的视觉、触觉、嗅觉等感觉上的反应与现实世界完全一样,有种身临其境之感。要实现这种感觉,必须对人类的视、听、触、嗅、味觉进行恰如其分的模拟,而这些感觉的模拟,很大程度上是通过虚拟现实的外部设备来完成的。

  交互性 交互性是虚拟现实技术最主要的特征。在虚拟环境中用户不仅可以控制其中的3D对象,甚至还可以互相通讯。对于那些想寻求刺激运动但是又害怕的人来说,虚拟现实技术为其提供了一个享受的平台,比如在交互操作滑翔装置中,你用手操作在屏幕中虚拟出的滑翔装置,既不用担心自己的安全又能体验参与其中的乐趣,同时可以掌握滑翔的技术,可谓一举三得。

  构想性 构想性强调虚拟现实技术具有广阔的可想象空间,用户沉浸在虚拟环境中通过交互可以获得新知识,不仅可再现真实存在的环境,还可以随意构想、设计客观上不存在的环境。

  视觉 听觉 触觉 嗅觉 味觉 “武装部”全方位提供感觉

  所谓虚拟现实的“武装部”,实际上就是实现虚拟现实需要的工具部门。

  这个武装部中最重要的成员是计算机。因为计算机的存在让虚拟世界得以构建,让人们可以通过计算机与虚拟世界交互并进行信息的传递。计算机可以帮助我们把武装部成员有机地联合起来,让武装部成为一个不断壮大的队伍。

  视觉 俗话说,眼见为实,可是在虚拟世界里,眼见并非为实,都是虚幻的事物。而这些虚幻的事物有时需要我们通过某种“利器”才能很好的感受并沉浸其中,这就是“数据头盔”,也称为头盔式显示器。

  听觉 虚拟世界是一个耳听为虚的世界,在虚拟世界中听见的声音,都是由计算机生成,并通过扬声器播放出来的。例如,当扬声器播放头顶有一架飞机从左至右飞过的声音时,你闭上双眼,就真的感觉到头顶有一架飞机从左至右飞过。这就是声音带给你的刺激。

  触觉 在现实生活中,当我们伸手去触摸物体时,你会有一种触碰的感觉,觉得物体也给了你相应的信息。那么,虚拟现实技术是怎样让我们有这种感觉的呢?这正是力反馈的作用。在虚拟现实世界中,力反馈能带给我们真实的触感,这种反馈的产生得益于力反馈装置。

  此外,嗅觉甚至味觉,也都是通过各种工具部门产生出来。

  半个世纪前就产生了初步设想 技术正处于突飞猛进期

  那么,虚拟现实技术是怎样产生的呢?

  1965年,美国国防部高级研究规划署信息处理技术办公室主任在一篇文章中指出:“应该将计算机现实屏幕作为‘一个观察虚拟世界’的窗口,计算机系统能够使窗口中的景象、声音、事件和行为非常逼真”,不久,虚拟现实应运而生。

  1968年,有虚拟现实“先锋”之称的计算机图形学创始人伊凡·萨瑟兰使用两个可以戴在眼睛上的阴极射线管,研制出了第一台头盔式立体显示器,并发表论文,对头盔式三维显示装置的设计要求、构造原理进行了深入讨论,绘出了这种装置的设计原型,成为三维立体显示技术的奠基工作。

  1975年,迈伦·克吕格尔提出了“人工现实”的思想,展示了“并非存在的一种概念化环境”。

  20世纪80年代,美国宇航局及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究,并取得了令人瞩目的研究成果,从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。

  1985年,斯科特·费舍尔等研制了著名的称之为VIEW的“数据手套”,该装置可以测量手指关节的动作、手掌的弯曲以及手指间的分合,从而可通过编程实现各种手语。

  1986年,研制成功了世界上第一套基于头盔式显示器和数据手套的虚拟现实系统VIEW。这是世界上第一个较为完整的多用途、多感知虚拟现实系统,它使用了头盔式显示器、数据手套、语言识别与跟踪等技术,并应用于空间技术、科学计算可视化、远程操作等领域。

  20世纪90年代以来,在“需求牵引”和“技术推动”下,虚拟现实技术取得了突飞猛进的发展,并将技术成果成功地集成到一些很有实用前景的应用系统中。

  VR技术应用“无所不能”  VR技术在军事、艺术、文化娱乐、交通工业、安全、教育、医疗等领域均有重要的应用。

  在军事领域,单兵模拟训练与评判,士兵可以通过立体头盔、数据服、数据手套等做出或选择相应的战术动作,体验不同的作战效果,进而像参加实战一样,锻炼和提高技术水平、快速反应能力和心理承受能力。指挥决策虚拟系统则利用VR技术,根据侦察情况资料合成出战场全景图,让受训指挥员通过传感装置观察双方兵力部署和战场情况,以便判断敌情。

  VR技术在娱乐艺术领域也有着广泛的应用。3D游戏利用VR技术让游戏玩家有身临其境的感觉,这既是VR技术重要的应用方向,也对VR技术的快速发展起到巨大的需求牵引作用。

  VR技术通过文物模型构建、文物模型修复,最后将这些文物资料整合,利用网络及其他多媒体便可将无法实物展示的文物栩栩如生地展现在我们眼前。

  建设中的国家“超级工程”港珠澳大桥在主体工程设计、施工过程中的安装碰撞检查、人工岛和通航孔桥的设计中,亦充分应用了虚拟现实技术。


七款VR头戴设备
虚拟现实技术使得人们可以探索人工构建的世界,我们只要戴上虚拟现实设备,足不出户就能走遍全世界。但是,计算机处理能力和内存方面的限制让虚拟现实设备 的使用体验并没有想象中那么美好。从目前来看,不少科技大品牌都会在 2016 年推出自家的虚拟现实设备,今天,我们就来说一说值得考虑的几款虚拟现实设备。

Oculus Rift

说起虚拟现实头戴显示器,我们肯定会想到 Oculus Rift,这款以 PC 计算机为基础的VR设备将会在明年春天进入市场。除了虚拟现实游戏之外,Oculus 团队还有计划推出虚拟现实电影。
需要注意的一点是,这款设备需要配合英特尔酷睿 i5 处理器和至少 8GB 内存的计算机,也就是说,想要进入虚拟现实世界体验游戏或者视频娱乐的消费者必须先对自己的旧电脑进行升级。
一次又一次的跳票之后,Oculus Rift 终于确定了上市时间,不过售价并未公布,外界猜测这款设备的售价将在 350 美元(约合人民币 2240 元)左右。
HTC Vive

HTC Vive 是智能手机制造商 HTC 和游戏巨头 Valve 合作开发的一款虚拟现实头戴显示器,它和 Oculus Rift 一样以 PC 计算机为基础平台。考虑到 Valve 在游戏领域的地位,因此 HTC Vive 在游戏资源方面会比 Oculus Rift 要丰富一些。
这款头戴设备内部配置有陀螺仪、加速度和激光定位等传感器,能够准确追踪用户在游戏地图中动作,并提供身临其境的游戏体验。除了游戏之外,HTC 还打算将 HTC Vive 用于非游戏领域,比如视频等。
索尼 Project Morpheus

在年初旧金山 Game Developers Conference 游戏开发者大会上,索尼正式公布了自己的虚拟现实设备 Project Morpheus,这是第一款支持游戏主机平台的虚拟现实设备,并被认为是 Oculus Rift 最大的竞争对手。
除了大量基于 PS4 游戏平台的游戏内容之外,索尼旗下的电影公司也能够提供丰富的影视资源。另外,Project Morpheus 本身是 PS4 游戏主机的一款配件,其售价应该不会高过主机,难怪消费者会对这款设备追捧不已。
三星 Gear VR

三星和虚拟现实厂商 Oculus 联合推出的基于智能手机的虚拟现实头戴设备 Gear VR 进一步降低了虚拟现实技术的门槛,但同时其也带来了一系列新的挑战,因为它只能支持三星的智能手机。不过,这款设备在游戏、影音等方面的资源还是非常丰富的,其市场售价也不贵,大概在 200 美元左右。
谷歌纸板眼镜


就在各个虚拟现实眼镜生产商各种比拼性能的时候,谷歌却推出了一个廉价到极点的纸板眼镜,即使更新到了第二代,它仍旧是一个用硬纸板做成的虚拟现实眼镜。
从纯技术的角度上讲,这款纸板眼镜没有精致的摄像头,没有位置追踪器,甚至连头带都没有。我们有的只是一个更大、更厚的纸板来承担一部六英寸的大尺寸智能手机。
Homido

戴眼镜的人可能会担心虚拟现实设备并不适合他们,但值得庆幸的是,Homido 的出现给这部分消费者带来了非常舒适的佩戴体验。Homido 的可调节镜头能够利用智能手机提供虚拟现实体验,兼容 Android 及 iO S设备。
Freefly VR


Freefly VR 同样是基于智能手机平台的虚拟现实头戴显示器,独特的“翼式”设计能将手机牢牢固定在镜头前,并且兼容 Android、iOS 以及 Windows 等 3 个移动平台的智能设备。
这款设备内置陀螺仪、加速度计和数字罗盘,兼容谷歌纸板眼镜的应用,虽然造型有点奇特,但是舒适的佩戴体验和丰富的应用资源还是非常值得考虑的。

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