了解VR

VR虛擬現(xiàn)實(shí)是指借助計(jì)算機(jī)和最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的新的人機(jī)交互手段。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)模擬創(chuàng)建一個(gè)三維空間的虛擬世界，為用戶(hù)提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，使用戶(hù)能夠及時(shí)、無(wú)限地觀察三維空間中的事物。

虛擬現(xiàn)實(shí)被認(rèn)為是多媒體的最高應(yīng)用。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、視覺(jué)生理學(xué)、視覺(jué)心理學(xué)、模擬技術(shù)、微電子技術(shù)、三維顯示技術(shù)、傳感測(cè)量技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別與合成技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和IT各種高科技技術(shù)集成的結(jié)晶，如智能技術(shù)。

VR特性

沉浸

是指用戶(hù)可以沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，使用戶(hù)能夠投入到計(jì)算機(jī)生成的虛擬場(chǎng)景中，用戶(hù)在虛擬場(chǎng)景中有一種身臨其境的感覺(jué)。

交互

指用戶(hù)在虛擬場(chǎng)景中與各種對(duì)象相互作用的能力。用戶(hù)進(jìn)入虛擬環(huán)境后，可以通過(guò)各種傳感器與多維信息環(huán)境進(jìn)行必要的操作，虛擬環(huán)境中的相應(yīng)響應(yīng)與真實(shí)環(huán)境相同。

構(gòu)想

它是指通過(guò)用戶(hù)沉浸在真實(shí)的虛擬環(huán)境中，與虛擬環(huán)境進(jìn)行各種互動(dòng)，從定性和定量的綜合環(huán)境中獲得感性和理性的理解，從而深化概念，萌芽新想法，在理解上有飛躍。

VR關(guān)鍵技術(shù)分析

1. 動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用程序的需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。虛擬環(huán)境中的物體有自己獨(dú)特的行為。其他圖形建模系統(tǒng)通常只構(gòu)建靜態(tài)物體、物體或簡(jiǎn)單的操作。虛擬環(huán)境中的對(duì)象必須具有良好的可操作性。當(dāng)用戶(hù)與對(duì)象交互時(shí)，對(duì)象必須以合理的方式做出相應(yīng)的響應(yīng)。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)環(huán)境建?？梢愿鶕?jù)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)、力感等感官渠道進(jìn)行建模。一般有聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)三維建模。在當(dāng)前的應(yīng)用中，環(huán)境建模通常是三維可視化建模。

2. 實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)

光模型和顏色光學(xué)：即如何使顯示的形狀具有真實(shí)感，如何模擬形狀的表面顏色和明暗色調(diào)。

映射技術(shù)：將希望的平面圖案映射到建模體的表面，并在應(yīng)用光模型時(shí)考慮這些圖案的顏色，這涉及到圖形學(xué)中的映射技術(shù)。

圖形模擬方法：為了在顯示屏上產(chǎn)生真實(shí)的視覺(jué)目標(biāo)，可以是動(dòng)物、植物、人物、自然環(huán)境和不存在的虛構(gòu)事物。

提高圖形的真實(shí)性和生成速度一直是三維圖形技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和模擬技術(shù)的改進(jìn)將對(duì)其發(fā)展產(chǎn)生重要影響。在虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)圖形生成中加速的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各種有效技術(shù)是關(guān)鍵。

3. 三維顯示和傳感器技術(shù)

虛擬環(huán)境可以是純虛構(gòu)的環(huán)境，也可以是現(xiàn)實(shí)環(huán)境的再現(xiàn)。現(xiàn)實(shí)環(huán)境在操作人員周?chē)脑佻F(xiàn)取決于傳感器技術(shù)。

a.三維視覺(jué)傳感器

現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的三維場(chǎng)景信息是通過(guò)位于不同位置的一對(duì)相機(jī)獲得的，要求相機(jī)具有與人眼相同的視覺(jué)特征，否則會(huì)導(dǎo)致信息扭曲。

b.聽(tīng)覺(jué)傳感器

其功能是準(zhǔn)確感知現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的聲波信息。傳感器的感知頻率特性不得低于人耳，特殊情況下可超過(guò)人耳。

c.觸摸，力覺(jué)傳感器

觸覺(jué)傳感器的功能是在與目標(biāo)接觸時(shí)產(chǎn)生廣泛的響應(yīng)(壓力分布振動(dòng)溫度、表面形狀、各種形狀 ** 等等)。目前，光電和壓電陣列觸覺(jué)傳感器被廣泛用于研究，力感覺(jué)傳感器主要用于檢測(cè)操作員與目標(biāo)接觸時(shí)產(chǎn)生的力和扭矩。目前，各種腕力傳感器的研究和應(yīng)用更加集中，需要體積小、重量輕、分辨率高、測(cè)量維度大的傳感器。

現(xiàn)有設(shè)備不能滿(mǎn)足需求，機(jī)械和觸覺(jué)傳感器的研究需要進(jìn)一步深化，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和范圍也需要提高。

4. 應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是找到合適的場(chǎng)合和對(duì)象。選擇合適的應(yīng)用對(duì)象可以大大提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需要研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開(kāi)發(fā)工具。VR系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，分布式VR這些都是技術(shù)等 與計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展密切相關(guān)。

5. 系統(tǒng)集成技術(shù)

由于VR系統(tǒng)包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，包括信息同步技術(shù)、模型校準(zhǔn)技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別和合成技術(shù)等。

VR應(yīng)用實(shí)例

娛樂(lè)

豐富的感覺(jué)能力和3D使顯示環(huán)境VR成為視頻游戲的理想工具。因?yàn)樵趭蕵?lè)方面VR真實(shí)感的要求不是太高，所以近年來(lái)VR這方面發(fā)展最快。

12月19日，華為VR眼鏡正式售出VR眼鏡擁有IMAX大片、熱門(mén)電視劇、動(dòng)畫(huà)片等海量?jī)?yōu)質(zhì)片源，包括愛(ài)奇藝，VeeR、GVR等待眾多優(yōu)秀平臺(tái)資源，號(hào)稱(chēng)足不出戶(hù)就能享受私人專(zhuān)屬影院。

醫(yī)學(xué)

VR可用于解剖教學(xué)和復(fù)雜手術(shù)過(guò)程規(guī)劃，在手術(shù)過(guò)程中提供輔助手術(shù)和信息，預(yù)測(cè)手術(shù)結(jié)果和遠(yuǎn)程醫(yī)療。

Healium App運(yùn)用VR/AR可穿戴裝置緩解焦慮，經(jīng)研究證實(shí)可迅速改善病情，使心態(tài)更加積極。App來(lái)自新公司StoryUp Studios試圖讓焦慮患者受益。

SyncThink公司利用虛擬現(xiàn)實(shí)耳機(jī)和眼動(dòng)跟蹤技術(shù)進(jìn)行神經(jīng)技術(shù)和大腦健康分析，表示已與兩家臨床連鎖機(jī)構(gòu)合作，可利用該技術(shù)評(píng)估患者的大腦健康和腦震蕩風(fēng)險(xiǎn)。

藝術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為傳輸顯示信息的媒體，在藝術(shù)領(lǐng)域具有巨大的潛力。VR該技術(shù)可以將靜態(tài)藝術(shù)（如繪畫(huà)、雕塑等）轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)，可以改善用戶(hù)與藝術(shù)的互動(dòng)，提供新的體驗(yàn)和學(xué)習(xí)方法。

HTC VIVE Arts自2017年11月正式成立以來(lái)，全球共開(kāi)發(fā)了50多個(gè)合作伙伴和藝術(shù)家，試圖成立VR技術(shù)應(yīng)用于藝術(shù)創(chuàng)作。最具代表性的VR藝術(shù)作品是HTC《蒙娜麗莎-越界視野》與巴黎盧浮宮合作開(kāi)發(fā)，紀(jì)念達(dá)芬奇去世500周年。戴上VIVE Co ** osVR頭盔，人們可以穿越法國(guó)盧浮宮，看到500年前蒙娜麗莎的畫(huà)像沒(méi)有褪色。

教育

VR教育是VR下一個(gè)風(fēng)口，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以大大提高學(xué)生的興趣和關(guān)注度VR在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，每個(gè)學(xué)生都能觸摸和操縱各種物品，從而對(duì)物品有更好的了解。其實(shí)VR課堂上的應(yīng)用并不局限于此，學(xué)生也可以與數(shù)據(jù)集、復(fù)雜方程和抽象概念互動(dòng)。對(duì)一些學(xué)生來(lái)說(shuō)，通過(guò)實(shí)踐學(xué)習(xí)比聽(tīng)老師講課更有效。

幻影星空VR在虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，體驗(yàn)館的成果將得到相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)，而失敗通常被忽視。這顯然與許多教育方法相反。這種獎(jiǎng)勵(lì)可以促進(jìn)大腦活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生積極探索更多知識(shí)。

軍事

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用涵蓋了"海陸空火"目前軍事訓(xùn)練是四大軍種的主要目的。VR技術(shù)模擬訓(xùn)練場(chǎng)、作戰(zhàn)環(huán)境、災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)等。，訓(xùn)練士兵如何在軍事實(shí)戰(zhàn)和危險(xiǎn)應(yīng)急中快速有效地反應(yīng)，對(duì)提高訓(xùn)練和演習(xí)效果起著至關(guān)重要的作用。

VR現(xiàn)狀及未來(lái)展望

與初始階段相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)取得了進(jìn)步，但實(shí)際上在長(zhǎng)期技術(shù)研發(fā)過(guò)程中也出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，主要體現(xiàn)在虛擬環(huán)境的準(zhǔn)確性和真實(shí)性、人與虛擬環(huán)境互動(dòng)的自然性、實(shí)時(shí)顯示問(wèn)題和智能技術(shù)等方面。

現(xiàn)實(shí)世界的外部信息種類(lèi)繁多，構(gòu)型復(fù)雜，各種感官信息的綜合難度更大。這就是為什么ⅤR只有實(shí)現(xiàn)高效的建模系統(tǒng)，虛擬環(huán)境的準(zhǔn)確性和真實(shí)性才能達(dá)到最佳效果。

在理想狀態(tài)下，實(shí)時(shí)漫游非常逼真和實(shí)時(shí)VR技術(shù)顯然成立了。但實(shí)際上，現(xiàn)階段ⅤR技術(shù)的發(fā)展不足以達(dá)到理想狀態(tài)，匹配的硬件設(shè)施尚未建立，用戶(hù)在使用過(guò)程中無(wú)法體驗(yàn)到完美的實(shí)時(shí)顯示效果。造成這個(gè)問(wèn)題的根本原因是多用戶(hù)互動(dòng)VR在技術(shù)的引入中，開(kāi)發(fā)者往往要以降低圖像逼真度為代價(jià)，提高圖像處理速度。因此，在動(dòng)態(tài)情況下，圖形的實(shí)時(shí)逼真非常困難。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中國(guó)還處于起步階段，國(guó)內(nèi)企業(yè)還沒(méi)有成為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，這也在一定程度上決定了中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有很大的進(jìn)步空間和發(fā)展?jié)摿?。虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)形式豐富，產(chǎn)業(yè)潛力大，社會(huì)效益強(qiáng)。以虛擬現(xiàn)實(shí)為代表的新一輪技術(shù)和產(chǎn)業(yè)革命即將到來(lái)。虛擬經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的結(jié)合將給人們的生產(chǎn)方式和生活方式帶來(lái)革命性的變化。

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