虛擬現實技術及其應用

張 俊,施文波,郭 晨

(江蘇電力信息技術有限公司,江蘇 南京 210029)

虛擬現實技術及其應用

張 俊,施文波,郭 晨

(江蘇電力信息技術有限公司,江蘇 南京 210029)

從20世紀末開始,虛擬現實(VR)技術逐漸開始發展,在經過多年的研究與發展更新之后,該技術已經集多種現代學科高新技術于一體.利用這一技術,能夠創建、模擬或者是還原出一個虛擬的世界,深切感受其中的魅力.當前,在醫學、軍事、影視以及教育等各個行業當中,虛擬技術已經得到了廣泛的應用,并且發揮著重要的作用.基于此,就虛擬現實技術及其應用進行簡要的分析,希望可以提供有效的借鑒.

虛擬現實技術;顯示技術;交互技術;HTC Vive

1 虛擬現實技術概述

1.1 虛擬現實技術

所謂的"虛擬現實技術",是通過多種先進技術的融合而形成的一種新的技術.這種技術對計算機技術進行利用,并且在其他輔助技術的基礎上使得虛擬化操作得以完成,在實際的應用過程中可以將人們不能夠觸摸或者是看見的事物用另外一種方式呈現出來,為相關事物的研究提供重要基礎.但是要想實現這一過程,就需要對三維設備與傳感設備進行利用,然后利用計算機仿真創造出一個虛擬的世界.當前,我國在虛擬現實技術方面已經取得了較好的成績.HTC Vive是目前最貴的VR設備,如圖1所示,其突出的優點是支持房間內的精準動作捕捉,優勢在于Valve旗下的Steam游戲平臺(注:目前全球用戶量最多的電子游戲平臺)上有HTC Vive可以享用的豐富內容.

圖1 HTC Vive

1.2 虛擬現實技術的應用特點

在實際的應用過程中,虛擬現實技術具有以下3個方面的重要特點:①沉浸性.在虛擬現實技術當中,其具體的體驗是利用人體的視覺通道來進行傳遞的,可以在體驗者的視覺系統當中形成圖形并顯示,從而讓體驗者沉浸到虛擬的場景與環境當中,帶給體驗者真實的視覺感受,并帶來真實的心理感受.②交互性.在虛擬現實技術當中,另外的一個主要特征就是交互性,這一特性指的是用戶可以利用虛擬的設備.③想象性.在虛擬現實技術當中,利用視覺系統的傳遞,通過嗅覺、力覺、味覺等人體自然感知系統來對相關信息進行反饋,從而使得體驗者在這種環境當中產生新的認知.

2 虛擬現實當前面臨的技術難題

2.1 VR顯示技術

2.1.1 分辨率不足

當前,在主流手機當中,早已經實現了利用肉眼來對單個像素點陣進行區分,但是在VR顯示器當中,仍然有著非常明顯的"紗窗效應",對視覺體驗造成很大的影響.對這一原因進行分析發現,雖然所采用的屏幕規格是一樣的,但是在VR顯示器當中,為了使得畫面可以充滿整個視野,利用了一組透鏡來對屏幕加以放大處理,從而使得DPI不斷降低,而像素點陣也會隨著逐漸增大.通過對相關理論進行計算發現,要想將VR顯示器的顆粒感有效地消除,不僅應當保證屏幕的分辨率超過16K,還應當要保證其尺寸可以塞入到VR頭戴設備當中.而當前這一類屏幕當中,其分辨率大都在2 560X1 440或以下,所以還需要進一步改進.

2.1.2 運算機能不足

在VR渲染當中,其對于硬件性能的要求是比較高的,而原因則是對高刷新率與高分辨率過分的追求.如果分辨率較高,那么需要進行處理的像素點數量也會以幾何級數倍增,刷新率也是這樣的.例如,在電影當中,其刷新率保證在24 Hz就能夠使得視覺流暢得以保證,但是在游戲視頻當中,其要求比較高,應當達到60 Hz.而對于虛擬現實技術來說,這種水平僅僅達到入門的水準,只有保證顯示器的刷新率在90 Hz以上,才能夠降低眩暈問題出現的概率;要想達到理想的效果,就需要達到144 Hz以上.

2.2 VR交互技術

2.2.1 操控違和

當前,在主流的VR控制器當中,其主要分為專業外設和手柄2種,在外接式當中,Oculus Touch的體驗比較好.在對Oculus Touch進行使用的時候,體驗者所需要動用的手指及手勢動作等都與現實中的相對應,但是在一些特殊工具的模擬當中,仍然存在著一些很明顯的違和感,針對軟件的具體內容進行專用外設的設計雖然能夠在很大程度上使得沉浸感得以提升,但是如果對每一種軟件都采取這種方式,就會使得軟件出現混亂.

2.2.2 反饋不足

人體一共有5種感官體驗,在VR顯示器當中,其對視覺的反饋問題進行了解決,而聲學系統則對聽覺進行了反饋,其余的味覺、嗅覺以及觸覺等還需要進一步解決.

3 虛擬現實技術的展望

當前軟件與硬件技術不斷地發展,虛擬現實的設備在價格方面已經從高不可攀逐漸下降,普通的消費者也能夠購買.但是,在當前的虛擬現實設備當中,如果佩戴時間過長,就會使人出現嘔吐、頭暈等問題.導致這些問題出現的重要原因是在體驗虛擬現實環境的過程中,會有與現實環境相違背的情況出現.首先,在視覺方面,屏幕的解析度應當達到人眼看不到顆粒的程度,但是當前的主流頭盔式虛擬顯示器仍處于單眼2K級別,所以要想騙過大腦,依然有困難.其次,在刷新率方面,當前所使用的主流設備,比如HTCVIVE等的刷新率都為90 Hz,但是要想使得真實感提升,則需要在144 Hz以上.另外,還應當對現實屏幕的彎曲度進行控制,這就需要利用彎曲屏幕的技術.

在VR技術當中,當能夠對人體的觸覺反饋、信息采集以及味覺等模擬問題完全解決之后,它就會不再單純地是一種供人們娛樂的方式.設想一下,如果利用VR虛擬技術,通過創建不同的世界,使人們可以在其中旅游、工作,做任何自己想做的事情,這又將會是一種什么樣的體驗,很值得人期待.同時這也是VR技術和AR技術融合的最終目的.同時在那個階段,人工智能與機器人技術也會普及,從而為VR技術的發展提供一個重要的基礎.總的來說,在當前的社會發展過程中,VR技術已經發揮出其不可替代的作用,能夠滿足人們在某些方面的煩人需求.但業界的爆發,仍然面臨諸多障礙,比如內容不足、用戶體驗費用過高、應用技術不成熟等因素.因此,行業的未來發展還有很長的路要走.

[1]林峰.虛擬現實技術與增強現實技術在數字圖書館中的應用[J].海峽科學,2017(03):92-94.

[2]潘安.虛擬現實技術下的設計思考[J].戲劇之家,2017(05):207.

〔編輯:劉曉芳〕

TP391.9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.159

2095-6835(2017)22-0159-02