隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)(英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR)，又稱靈境技術(shù)，是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項全新的實用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)囊括計算機、電子信息、仿真技術(shù)于一體，其基本實現(xiàn)方式是計算機模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。

所謂虛擬現(xiàn)實，顧名思義，就是虛擬和現(xiàn)實相互結(jié)合。從理論上來講，虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是利用現(xiàn)實生活中的數(shù)據(jù)，通過計算機技術(shù)產(chǎn)生的電子信號，將其與各種輸出設(shè)備結(jié)合使其轉(zhuǎn)化為能夠讓人們感受到的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實中真真切切的物體，也可以是我們?nèi)庋鬯床坏降奈镔|(zhì)，通過三維模型表現(xiàn)出來。

因為這些現(xiàn)象不是我們直接所能看到的，而是通過計算機技術(shù)模擬出來的現(xiàn)實中的世界，故稱為虛擬現(xiàn)實。

同時，虛擬現(xiàn)實具有一切人類所擁有的感知功能，比如聽覺、視覺、觸覺、味覺、嗅覺等感知系統(tǒng)。

最后，它具有超強的仿真系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了人機交互，使人在操作過程中，可以隨意操作并且得到環(huán)境最真實的反饋。正是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了許多人的喜愛。

一、VR發(fā)展歷史

1、第一階段(1963年以前)有聲形動態(tài)的模擬是蘊涵虛擬現(xiàn)實思想的階段

1929年，Edward Link設(shè)計出用于訓(xùn)練飛行員的模擬器;1956年，Morton Heilig開發(fā)出多通道仿真體驗系統(tǒng)Sensorama。

2、第二階段(1963—1972)虛擬現(xiàn)實萌芽階段

1965年，Ivan Sutherland發(fā)表論文“UltimateDisplay”(終極的顯示);1968年，Ivan Sutherland研制成功了帶跟蹤器的頭盔式立體顯示器(HMD);1972年，NolanBushell開發(fā)出第一個交互式電子游戲Pong。

3、第三階段(1973—1989)虛擬現(xiàn)實概念的產(chǎn)生和理論初步形成階段

1977年，Dan Sandin等研制出數(shù)據(jù)手套SayreGlove;1984年，NASA AMES研究中心開發(fā)出用于火星探測的虛擬環(huán)境視覺顯示器;1984年，VPL公司的JaronLanier首次提出“虛擬現(xiàn)實”的概念;1987年，JimHumphries設(shè)計了雙目全方位監(jiān)視器(BOOM)的最早原型。

4、第四階段(1990年至今)虛擬現(xiàn)實理論進一步的完善和應(yīng)用階段

1990年，提出VR技術(shù)包括三維圖形生成技術(shù)、多傳感器交互技術(shù)和高分辨率顯示技術(shù);VPL公司開發(fā)出第一套傳感手套“DataGloves”，第一套HMD“EyePhoncs”;21世紀(jì)以來，VR技術(shù)高速發(fā)展，軟件開發(fā)系統(tǒng)不斷完善，有代表性的如MultiGen Vega、Open Scene Graph、Virtools等。

二、什么是 VR 的核心準(zhǔn)則?

如何將事物更全面、更真實、更廉價的呈現(xiàn)在人類感知中，始終是促進人類表達的歷史的主要動力，為此我們發(fā)明了文字和繪畫。隨著技術(shù)的進步，電子科技再一次承載了這一夢想，同時也永久性的改變了人類表達的習(xí)慣。通過繪制技術(shù)的提升，我們不單單可以呈現(xiàn)表現(xiàn)自然，甚至可以在繪畫中增加自己的情感。對于繪畫的接受者來說，「重現(xiàn)」只是內(nèi)容呈現(xiàn)的基礎(chǔ)，引起生理和心理的共鳴才是最大的需求，「沉溺」很好的表達了這種需求的正當(dāng)性。

無論是 17 世紀(jì)的的全景畫還是越來越逼真的電子游戲，技術(shù)始終從各個方面推動了人類的表現(xiàn)能力，當(dāng)技術(shù)達到了人類對世界的感官認識的最低要求的時候，虛擬現(xiàn)實——VR 就出現(xiàn)了。所以 VR 的核心準(zhǔn)則就是：使用技術(shù)手段，盡可能地滿足人類的感官，最終達到甚至超越人在自然世界的感官效果。這種感官認識能力是人作為一個完整的接收設(shè)備，對自然的認識能力，包括了視覺、聽覺甚至整個身體的感受能力。

三、AR、VR 的區(qū)別是什么?

目前來說 VR 產(chǎn)業(yè)指的是虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)，通過頭戴顯示器和交互設(shè)備將用戶和現(xiàn)實割裂開來，讓用戶在虛擬世界中可以獲得一個獨立的完整的體驗。

而 AR(現(xiàn)實增強)的核心內(nèi)涵是現(xiàn)實和數(shù)據(jù)的疊加。即是讓用戶在現(xiàn)實世界使用設(shè)備保持觀察現(xiàn)實世界的同時，對現(xiàn)實進行標(biāo)記，并對標(biāo)記內(nèi)容增加數(shù)據(jù)展示、視頻播放和可互動內(nèi)容展示，并通過計算視覺(攝像頭)、手柄等設(shè)備在真實世界中，獲得服務(wù)或進行游戲。AR 對于用戶來說就是視覺在現(xiàn)實世界的增強。通過 AR 設(shè)備，將現(xiàn)實世界網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)化。AR 產(chǎn)品一般分為反射式和視頻式，長期作為軍用設(shè)備被廣大愛好者所熟知。

視頻式可以看做 AR 設(shè)備和 VR 設(shè)備的一次整合，這類設(shè)備一般使用近距離顯示設(shè)備展示信息，用外置攝像頭采集信息。

當(dāng)然如果 VR 產(chǎn)業(yè)能茁壯成長的話，那么我認為未來還會有另一層面含義的 VR+AR 的模式，即是機器人為介質(zhì)的整合，這個將在未來的篇幅中進行討論。

MR 即所謂的混合顯示是我不建議使用的詞匯，因為凡是 MR 的模式，首先必然是 AR 模式的，這個詞更多的是一種狀態(tài)的描述，當(dāng)用戶使用 AR 設(shè)備時，必然將數(shù)據(jù)服務(wù)和現(xiàn)實世界的現(xiàn)實進行了疊加，即是 MR 形態(tài)。所以，把 MR 作為一種獨立的形態(tài)來提出是不合時宜的。

四、從定位分析如何實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實

目前行業(yè)中存在以下幾種 VR 硬件產(chǎn)品：

手機 VR 產(chǎn)品

頭戴顯示器(PC 或者主機)VR 產(chǎn)品

基于空間定位的大型 VR 設(shè)備

簡單來說，目前并沒有成熟的交互解決方案，所有的廠商只能使用某種勉強能進行的交互手段來支持 VR 內(nèi)容的互動，例如：媒體化 VR 方案、通過定位實現(xiàn)的 VR 游戲房、通過某種跑步機實現(xiàn)的固定位置互動的 VR 方案。

我們先從產(chǎn)品，服務(wù)定位，再到商業(yè)模式諸方面來對行業(yè)進行分析。

手機 VR(Moblie VR)：

因為 VR 產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)和智能手機產(chǎn)業(yè)有非常密切的關(guān)系，所以當(dāng) Google 拿出紙盒 VR 的解決方案的時候技術(shù)幾乎是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?。在三星推出? GearVR 之后，這種設(shè)備從設(shè)計和功能角度來說已經(jīng)達到了難以改進的地步。同時為同類的手機廠商提供了完美的產(chǎn)品解決方案樣板。這種設(shè)備將手機作為 VR 的顯示設(shè)備、頭部捕捉設(shè)備和計算中心同時在外部提供一個觸摸板和固定按鈕作為操作區(qū)域。這樣做最大的好處是，通過市場上符合需求的手機的巨大保有量，可以用過非常低廉的手段為廣大的用戶提供 VR 設(shè)備。尤其在國內(nèi)廠商的參與下，手機 VR 的今年的出貨量很有可能達到一個很高的數(shù)字。如果有好的商業(yè)模式支撐，可以為 VR 設(shè)帶來巨大的普及。

但是這類設(shè)備的核心問題是缺乏真正的有效的交互手段，如果只通過外殼上的觸摸區(qū)域和按鈕，那么只能對一些低頻次的操作，例如界面切換、層級切換、文本閱讀、圖片瀏覽等進行處理。同時單手多次操作會導(dǎo)致手臂肌肉疲勞，例如手肘位置在站立、不標(biāo)準(zhǔn)的坐姿下會缺乏支撐。雖然是基于手機的設(shè)備，但是對于用戶來說，在戶外使用這類全封閉的設(shè)備有非常高的不確定性，甚至可以說是安全隱患。如果使用藍牙支持的外接手柄或其他設(shè)備，且不討論是否會造成需要多次消費印象，如果在虛擬場景內(nèi)高速移動，目前的案例都顯示，會在使用中伴隨強烈的眩暈。

所以如果針對手機類型的 VR 顯示設(shè)備制作應(yīng)用或服務(wù)的，是應(yīng)該考慮在室內(nèi)固定位置使用的，同時盡量減少操作頻次。同時考慮到手機作為溝通工具的本質(zhì)，在使用中經(jīng)常會出現(xiàn)其他服務(wù)的提醒，所以應(yīng)該提供使用時間上盡量短的應(yīng)用。目前來看，展示類和媒體類的產(chǎn)品形態(tài)是最符合這種低互動操作。例如直播類產(chǎn)品。在手機 VR 平臺上，各種服務(wù)都只能很少甚至不能提升原有服務(wù)的體驗，也無法改變原有商業(yè)模式，所以只能作為一種新奇的補充。為未來基于手機視頻 AR(增強現(xiàn)實)提供技術(shù)積累。

綜上，目前的手機 VR 平臺，是一個輕交互、服務(wù)模式單一，平臺服務(wù)復(fù)雜，以體驗為主的平臺。在這種情況下，這個平臺肯定難以作為支撐起引導(dǎo)技術(shù)革命的基礎(chǔ)。

頭戴顯示器 VR 產(chǎn)品(VR Headset)：

這類產(chǎn)品指的是以 Oculus、HTC Vive、和 PS VR 為代表性的一類產(chǎn)品，這類產(chǎn)品的典型特征是沒有獨立的計算中心，屏幕不可拆離。這類產(chǎn)品普遍具備更高分辨率的顯示效果、更精確的位置追蹤效果，同時他們的計算設(shè)備主要是通過線材連接的主機或電腦。從頭戴顯示器的角度來說，他們比手機 VR 設(shè)備擁有更高的技術(shù)含量。在這個早期市場中，三個主要的頭戴顯示器 VR 產(chǎn)品都擁有獨立的交互系統(tǒng)、位置最終系統(tǒng)和內(nèi)容服務(wù)平臺。

(Oculus CV1)

其中 Oculus 作為頭戴顯示器的開拓者最為大家所熟知，在早期他們幾乎代表了行業(yè)對 VR 未來的全部技術(shù)想象。Oculus 的出現(xiàn)也可以看作是智能手機產(chǎn)品的成功，VR 產(chǎn)業(yè)通過智能手機產(chǎn)業(yè)獲得了相對廉價和高清的顯示屏，Oculus 使用的就是三星手機的屏幕，通過兩個目鏡搭建了顯示系統(tǒng)。并且通過陀螺儀傳感器對頭部動作進行捕捉，讓使用者能夠第一次在虛擬世界里面自由觀看，而非手動操控視角，這是一件重要的感官革新。

因為對 PC 平臺的良好支持，在 Oculus 早期的開發(fā)者版本 DK1 出現(xiàn)不久，就實現(xiàn)了非常便捷的對 window 下桌面游戲產(chǎn)品的支持，大量的游戲產(chǎn)品被引入了 VR 世界。早期的 DK1 的分辨率比較低，所以閱讀類和視頻類的 demo 還比較少，這個直到正式發(fā)行的 CV1 才得到了改變。

DK1 在展示 VR 世界的無限可能性時也展示了當(dāng)前缺乏有效和合理的交互方式的一面。無論是使用鼠標(biāo)鍵盤、還是手柄、或者 kinect，操作和顯示都徹底分離了，用戶無法同步的進行操作和顯示的設(shè)定，總要盲目的進行其中一者。

身體和視覺的分離成為了使用者最直觀的感受，二維時代的鼠標(biāo)鍵盤對應(yīng)屏幕的直觀操作系統(tǒng)成為了虛擬世界操作系統(tǒng)的障礙。當(dāng)然，手柄也沒有好到哪里去，不過手柄的交互邏輯比較簡單，所以反而更加有快捷了，尤其手柄鍵盤將在文字輸入上成為 Xbox One 和 Facebook 唯一的救星，這個又是其他操作設(shè)備難以媲美的，不過對于使用者來說，練習(xí)盲打操作依舊是必備技能。

隨著 Steam 聯(lián)合 HTC 發(fā)布 Vive，Oculus 聯(lián)合 Facebook 共同維護的 VR 早期市場迎來第一次競爭。同時 Steam 和 HTC 的組合帶來了一個新的趨勢，行業(yè)最大的內(nèi)容發(fā)布商和專業(yè)的硬件設(shè)計生產(chǎn)商將帶來怎樣的想象力?這兩個點都是 Oculus 和 Facebook 組合的短板，這種壓力必然促進了 Oculus 和 Xbox 平臺的合作。

Steam 作為 PC 游戲行業(yè)最重要的內(nèi)容發(fā)行商，一直試圖在 PC、游戲機和單機、網(wǎng)絡(luò)游戲的模式上進行突破，并發(fā)展了自己的硬件生產(chǎn)規(guī)劃，所以對 VR 市場有非常明確的意圖。并且在早期就保持著 Oculus 的合作，但隨著 Facebook 對 Oculus 的收購而終止了。

但很顯然，Steam 從早期的合作中已經(jīng)非常明顯的感受到了操作帶來的局限性，已經(jīng)成為了進入 VR 世界的主要門檻，所以 HTC Vive 拿出了目前最好的 VR 交互方案-即通過頭盔顯示、延長線鏈接、雙無線手柄和激光系統(tǒng)對用戶和手柄位置進行定位的綜合系統(tǒng)，這套系統(tǒng)最大的價值是人不再作為一個方向的維度(視角和鼠標(biāo))、也不是一個缺乏反饋的視覺系統(tǒng)(kinect)，而是第一次作為一個活動整體在 VR 世界中確定了下來。

這種交互模式讓使用者可以在局限的物理空間內(nèi)可以相對自由和無障礙的與虛擬空間進行單向度的互動。之所以說是單向度的，是因為虛擬世界的空間對使用者不構(gòu)成任何影響，構(gòu)成影響的是真實空間的邊界。HTC Vive 體現(xiàn)了在它最強大交互方式的影響下，虛擬空間在不再構(gòu)成敘事的有利元素。

試圖圍繞 HTC Vive 創(chuàng)作的產(chǎn)品，首先需要面對的問題是，他們的操作者首先變成了真實的人，擁有真實的體能和反應(yīng)。并且是盲目的人站在一堆繩索上揮舞手柄，這對家居環(huán)境構(gòu)成了極大的挑戰(zhàn)，如果這樣成為主要的未來，那么我們很有可能在很短的時間內(nèi)在宜家看到各種無障礙的標(biāo)準(zhǔn)客廳裝修風(fēng)格，以及在購買家居的時候「不易磕碰」會成為重要賣點。

基于空間定位的大型 VR 設(shè)備：

大型 VR 模式指的是通過空間定位系統(tǒng)和 VR 系統(tǒng)相結(jié)合，讓用戶可以在由真實空間承載的虛擬空間中隨意行走，同時虛擬空間的空間物理特征由真實空間的景觀所承載。這樣，就營造了最為真實的虛擬現(xiàn)實可體驗空間。例如在《The Void》中，通過布景搭建，布置了軟體墻體和噴頭霧化等系統(tǒng)，可以和虛擬場景緊密疊加，帶來近乎完美的交互體驗。

五、虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)主要包括哪里？

1、動態(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，目的就是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。

2、實時三維圖形生成技術(shù)

三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，那么關(guān)鍵就是“實時”生成。為保證實時，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。

3、立體顯示和傳感器技術(shù)

虛擬現(xiàn)實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的設(shè)備不能滿足需要，力學(xué)和觸覺傳感裝置的研究也有待進一步深入，虛擬現(xiàn)實設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

4、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場合和對象，選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。想要達到這一目的，則需要研究虛擬現(xiàn)實的開發(fā)工具。

5、系統(tǒng)集成技術(shù)

由于VR系統(tǒng)中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，集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識別與合成技術(shù)等。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)受到了越來越多人的認可，用戶可以在虛擬現(xiàn)實世界體驗到最真實的感受，其模擬環(huán)境的真實性與現(xiàn)實世界難辨真假，讓人有種身臨其境的感覺，相信未來這種技術(shù)將會得到大量的應(yīng)用和推廣。

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