虛擬還是現實解讀虛擬現實設備

技術宅

科技掃盲——認識虛擬現實設備

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）是近年來出現的高新技。從字面理解就是一種通過虛擬設備模擬出現實環境的設備，它借助電腦、手機等設備模擬出一個立體三維空間，通過對人的視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶在虛擬世界里感受到一種極度真實的現實感。

從視覺效果上來說，虛擬現實設備和我們之前介紹的3D顯示有些類似，但是3D顯示只是模擬出一種3D立體視覺效果，虛擬現實設備則在此基礎上融入了各種交互體驗，讓使用者有更加逼真的全方位立體感受。比如根據試用者的描述，用戶戴上Oculus公司的虛擬頭盔后，它可在一個房間里模擬出一個非常真實的高臺環境，用戶雖然是站在房間的平地上，但是根本不敢在這個虛擬高臺上往下跳（實際跳躍只是彎腿并“跳”在平地上），因為這個模擬的虛擬環境實在太真實了（圖2）。

解密VR——虛擬現實設備怎么實現現實效果

虛擬環境畢竟還是“虛”的，它是怎么實現如此逼真的模擬呢？這里以上述虛擬高臺為例。

首先了解一下虛擬現實設備的組成，一套虛擬設備主要包括建模設備、顯示設備、定位設備和交互設備，四種設備各司其職。其中建模設備主要用于獲取物體外表面的三維坐標及物體的三維數字化模型，在虛擬現實設備中主要通過電腦渲染完成。比如在虛擬現實游戲中，其中電腦就負責建立3D游戲畫面并進行渲染，在上述虛擬高臺例子中，這個虛擬場景同樣是通過電腦來建模的（圖3）。

顯示設備則用于向用戶呈現3D顯示效果，不過為了獲得更好的現實環境代入感，現在的虛擬顯示設備大多集成了顯示設備，比如Oculus Rift虛擬現實眼鏡鏡面上方就是一塊1280×800 的LCD（圖4）。

因為在電腦上顯示3D是左右畫面，因此虛擬顯示設備中還有一副合成3D畫面的眼鏡，這樣電腦上的虛擬高臺同步傳輸到虛擬頭盔的LCD上后，用戶看到的就是一幅真實的高臺場景。

定位設備則用于用戶確定虛擬3D環境中的位置，在3D環境中每個物體相對于系統的坐標系都有一個位置與姿態，我們看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來確定的。因此在虛擬顯示設備中，定位是通過頭盔中慣性傳感器來捕捉頭部運動以改變圖像的視角，這樣用戶的視覺系統和運動感知系統之間就可以聯系起來，感覺更逼真（圖5）。

在虛擬高臺例子中，用戶通過移動腳步和頭部，慣性追蹤器就會追蹤到這些變化，并在3D場景中實時改變場景，讓用戶有更為真實的環境代入感。

交互設備則用于用戶和虛擬環境的交互操作，在虛擬高臺例子中，如果高臺上有扶手，當系統追蹤到用戶的手是放在扶手位置時，設備就可以給用戶一個真實的反饋。在虛擬現實設備中，物體觸摸反饋通過傳感器完成，常見的設備如數據手套，在這種手套中設有各種傳感器，可以將虛擬中的觸摸轉換為真實的體驗（圖6）。

通過電腦建模生成虛擬3D場景→同步顯示到虛擬現實設備并通過3D眼鏡展示在用戶眼前→慣性傳感器捕捉用戶位置變化，同步調整虛擬場景→使用數據手套反饋用戶觸摸。這樣用戶就可以感知到一個真實的虛擬場景，并獲得和現實生活中一樣的體驗。

廉價版虛擬現實設備

——谷歌Cardboard

通過上述介紹可以知道，一套虛擬設備構造較為復雜，而且涉及到顯示、追蹤、定位、反饋等多個環節，因此設備的造價也比較昂貴。為此，谷歌另辟蹊徑推出廉價版的Cardboard，它的主要材料是再生紙板盒，但是卻可以將智能手機變成一個虛擬現實的原型設備。它的原理也很簡單，主要就是通過光學結構造成虛擬距離。在手機上安裝相應的應用后，它會將手機畫面預扭曲，接著再通過Cardboard里的凸透鏡恢復變形，從而產生了虛擬焦距，讓手機畫面呈現立體顯示（圖7）。

虛擬現實帶給我們什么

顯然虛擬現實設備的普及可以給我們的生活帶來極大的影響，比如在射擊游戲中，我們可以帶著虛擬頭盔，手握虛擬AK47，然后在完全真實的游戲環境中，或射擊，或躲閃，或躍起進攻，這種真實的游戲感覺絕對是每個游戲迷追求的終極目標。

同樣的在生活中，也可以用虛擬現實設備來為自己的新家做設計，比如你可以按自己的意愿在電腦上設計好新家的裝修，然后戴上虛擬現實設備在其中漫步，看看哪里的設計有瑕疵。而在駕考的培訓中，你則可以戴上虛擬現實設備在“真實”公路上駕駛。

不過，虛擬現實設備也并非完美無瑕，首先由于技術的限制，目前設備顯示效果、實時追蹤定位、觸控反饋體驗都還不足。其次，虛擬3D效果由于人體生理結構的限制，長時間使用后大部分人還是會產生眩暈現象，這一切尚有待改進。

科技掃盲——認識虛擬現實設備

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）是近年來出現的高新技。從字面理解就是一種通過虛擬設備模擬出現實環境的設備，它借助電腦、手機等設備模擬出一個立體三維空間，通過對人的視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶在虛擬世界里感受到一種極度真實的現實感。

從視覺效果上來說，虛擬現實設備和我們之前介紹的3D顯示有些類似，但是3D顯示只是模擬出一種3D立體視覺效果，虛擬現實設備則在此基礎上融入了各種交互體驗，讓使用者有更加逼真的全方位立體感受。比如根據試用者的描述，用戶戴上Oculus公司的虛擬頭盔后，它可在一個房間里模擬出一個非常真實的高臺環境，用戶雖然是站在房間的平地上，但是根本不敢在這個虛擬高臺上往下跳（實際跳躍只是彎腿并“跳”在平地上），因為這個模擬的虛擬環境實在太真實了（圖2）。

解密VR——虛擬現實設備怎么實現現實效果

虛擬環境畢竟還是“虛”的，它是怎么實現如此逼真的模擬呢？這里以上述虛擬高臺為例。

首先了解一下虛擬現實設備的組成，一套虛擬設備主要包括建模設備、顯示設備、定位設備和交互設備，四種設備各司其職。其中建模設備主要用于獲取物體外表面的三維坐標及物體的三維數字化模型，在虛擬現實設備中主要通過電腦渲染完成。比如在虛擬現實游戲中，其中電腦就負責建立3D游戲畫面并進行渲染，在上述虛擬高臺例子中，這個虛擬場景同樣是通過電腦來建模的（圖3）。

顯示設備則用于向用戶呈現3D顯示效果，不過為了獲得更好的現實環境代入感，現在的虛擬顯示設備大多集成了顯示設備，比如Oculus Rift虛擬現實眼鏡鏡面上方就是一塊1280×800 的LCD（圖4）。

因為在電腦上顯示3D是左右畫面，因此虛擬顯示設備中還有一副合成3D畫面的眼鏡，這樣電腦上的虛擬高臺同步傳輸到虛擬頭盔的LCD上后，用戶看到的就是一幅真實的高臺場景。

定位設備則用于用戶確定虛擬3D環境中的位置，在3D環境中每個物體相對于系統的坐標系都有一個位置與姿態，我們看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來確定的。因此在虛擬顯示設備中，定位是通過頭盔中慣性傳感器來捕捉頭部運動以改變圖像的視角，這樣用戶的視覺系統和運動感知系統之間就可以聯系起來，感覺更逼真（圖5）。

在虛擬高臺例子中，用戶通過移動腳步和頭部，慣性追蹤器就會追蹤到這些變化，并在3D場景中實時改變場景，讓用戶有更為真實的環境代入感。

交互設備則用于用戶和虛擬環境的交互操作，在虛擬高臺例子中，如果高臺上有扶手，當系統追蹤到用戶的手是放在扶手位置時，設備就可以給用戶一個真實的反饋。在虛擬現實設備中，物體觸摸反饋通過傳感器完成，常見的設備如數據手套，在這種手套中設有各種傳感器，可以將虛擬中的觸摸轉換為真實的體驗（圖6）。

通過電腦建模生成虛擬3D場景→同步顯示到虛擬現實設備并通過3D眼鏡展示在用戶眼前→慣性傳感器捕捉用戶位置變化，同步調整虛擬場景→使用數據手套反饋用戶觸摸。這樣用戶就可以感知到一個真實的虛擬場景，并獲得和現實生活中一樣的體驗。

廉價版虛擬現實設備

——谷歌Cardboard

通過上述介紹可以知道，一套虛擬設備構造較為復雜，而且涉及到顯示、追蹤、定位、反饋等多個環節，因此設備的造價也比較昂貴。為此，谷歌另辟蹊徑推出廉價版的Cardboard，它的主要材料是再生紙板盒，但是卻可以將智能手機變成一個虛擬現實的原型設備。它的原理也很簡單，主要就是通過光學結構造成虛擬距離。在手機上安裝相應的應用后，它會將手機畫面預扭曲，接著再通過Cardboard里的凸透鏡恢復變形，從而產生了虛擬焦距，讓手機畫面呈現立體顯示（圖7）。

虛擬現實帶給我們什么

顯然虛擬現實設備的普及可以給我們的生活帶來極大的影響，比如在射擊游戲中，我們可以帶著虛擬頭盔，手握虛擬AK47，然后在完全真實的游戲環境中，或射擊，或躲閃，或躍起進攻，這種真實的游戲感覺絕對是每個游戲迷追求的終極目標。

同樣的在生活中，也可以用虛擬現實設備來為自己的新家做設計，比如你可以按自己的意愿在電腦上設計好新家的裝修，然后戴上虛擬現實設備在其中漫步，看看哪里的設計有瑕疵。而在駕考的培訓中，你則可以戴上虛擬現實設備在“真實”公路上駕駛。

不過，虛擬現實設備也并非完美無瑕，首先由于技術的限制，目前設備顯示效果、實時追蹤定位、觸控反饋體驗都還不足。其次，虛擬3D效果由于人體生理結構的限制，長時間使用后大部分人還是會產生眩暈現象，這一切尚有待改進。

科技掃盲——認識虛擬現實設備

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）是近年來出現的高新技。從字面理解就是一種通過虛擬設備模擬出現實環境的設備，它借助電腦、手機等設備模擬出一個立體三維空間，通過對人的視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶在虛擬世界里感受到一種極度真實的現實感。

從視覺效果上來說，虛擬現實設備和我們之前介紹的3D顯示有些類似，但是3D顯示只是模擬出一種3D立體視覺效果，虛擬現實設備則在此基礎上融入了各種交互體驗，讓使用者有更加逼真的全方位立體感受。比如根據試用者的描述，用戶戴上Oculus公司的虛擬頭盔后，它可在一個房間里模擬出一個非常真實的高臺環境，用戶雖然是站在房間的平地上，但是根本不敢在這個虛擬高臺上往下跳（實際跳躍只是彎腿并“跳”在平地上），因為這個模擬的虛擬環境實在太真實了（圖2）。

解密VR——虛擬現實設備怎么實現現實效果

虛擬環境畢竟還是“虛”的，它是怎么實現如此逼真的模擬呢？這里以上述虛擬高臺為例。

首先了解一下虛擬現實設備的組成，一套虛擬設備主要包括建模設備、顯示設備、定位設備和交互設備，四種設備各司其職。其中建模設備主要用于獲取物體外表面的三維坐標及物體的三維數字化模型，在虛擬現實設備中主要通過電腦渲染完成。比如在虛擬現實游戲中，其中電腦就負責建立3D游戲畫面并進行渲染，在上述虛擬高臺例子中，這個虛擬場景同樣是通過電腦來建模的（圖3）。

顯示設備則用于向用戶呈現3D顯示效果，不過為了獲得更好的現實環境代入感，現在的虛擬顯示設備大多集成了顯示設備，比如Oculus Rift虛擬現實眼鏡鏡面上方就是一塊1280×800 的LCD（圖4）。

因為在電腦上顯示3D是左右畫面，因此虛擬顯示設備中還有一副合成3D畫面的眼鏡，這樣電腦上的虛擬高臺同步傳輸到虛擬頭盔的LCD上后，用戶看到的就是一幅真實的高臺場景。

定位設備則用于用戶確定虛擬3D環境中的位置，在3D環境中每個物體相對于系統的坐標系都有一個位置與姿態，我們看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來確定的。因此在虛擬顯示設備中，定位是通過頭盔中慣性傳感器來捕捉頭部運動以改變圖像的視角，這樣用戶的視覺系統和運動感知系統之間就可以聯系起來，感覺更逼真（圖5）。

在虛擬高臺例子中，用戶通過移動腳步和頭部，慣性追蹤器就會追蹤到這些變化，并在3D場景中實時改變場景，讓用戶有更為真實的環境代入感。

交互設備則用于用戶和虛擬環境的交互操作，在虛擬高臺例子中，如果高臺上有扶手，當系統追蹤到用戶的手是放在扶手位置時，設備就可以給用戶一個真實的反饋。在虛擬現實設備中，物體觸摸反饋通過傳感器完成，常見的設備如數據手套，在這種手套中設有各種傳感器，可以將虛擬中的觸摸轉換為真實的體驗（圖6）。

通過電腦建模生成虛擬3D場景→同步顯示到虛擬現實設備并通過3D眼鏡展示在用戶眼前→慣性傳感器捕捉用戶位置變化，同步調整虛擬場景→使用數據手套反饋用戶觸摸。這樣用戶就可以感知到一個真實的虛擬場景，并獲得和現實生活中一樣的體驗。

廉價版虛擬現實設備

——谷歌Cardboard

通過上述介紹可以知道，一套虛擬設備構造較為復雜，而且涉及到顯示、追蹤、定位、反饋等多個環節，因此設備的造價也比較昂貴。為此，谷歌另辟蹊徑推出廉價版的Cardboard，它的主要材料是再生紙板盒，但是卻可以將智能手機變成一個虛擬現實的原型設備。它的原理也很簡單，主要就是通過光學結構造成虛擬距離。在手機上安裝相應的應用后，它會將手機畫面預扭曲，接著再通過Cardboard里的凸透鏡恢復變形，從而產生了虛擬焦距，讓手機畫面呈現立體顯示（圖7）。

虛擬現實帶給我們什么

顯然虛擬現實設備的普及可以給我們的生活帶來極大的影響，比如在射擊游戲中，我們可以帶著虛擬頭盔，手握虛擬AK47，然后在完全真實的游戲環境中，或射擊，或躲閃，或躍起進攻，這種真實的游戲感覺絕對是每個游戲迷追求的終極目標。

同樣的在生活中，也可以用虛擬現實設備來為自己的新家做設計，比如你可以按自己的意愿在電腦上設計好新家的裝修，然后戴上虛擬現實設備在其中漫步，看看哪里的設計有瑕疵。而在駕考的培訓中，你則可以戴上虛擬現實設備在“真實”公路上駕駛。

不過，虛擬現實設備也并非完美無瑕，首先由于技術的限制，目前設備顯示效果、實時追蹤定位、觸控反饋體驗都還不足。其次，虛擬3D效果由于人體生理結構的限制，長時間使用后大部分人還是會產生眩暈現象，這一切尚有待改進。