VR/AR應(yīng)用場(chǎng)景及關(guān)鍵技術(shù)研究

肖艷波

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)&加拿大魁北克大學(xué)，江蘇 徐州 221000；2.南京禹步信息科技有限公司，江蘇 南京 210000）

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅能夠集中提升信息化與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的交互強(qiáng)度，同時(shí)也能夠進(jìn)一步推動(dòng)沉浸式數(shù)字應(yīng)用相關(guān)需求的不斷增長(zhǎng)。因此為了能夠更好地提升虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步提升自身的技術(shù)應(yīng)用思路，通過(guò)結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相關(guān)案例和技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)作為自身的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也能夠針對(duì)目前國(guó)內(nèi)在技術(shù)應(yīng)用中存在的實(shí)際問(wèn)題作為切入點(diǎn)，最終進(jìn)一步解決關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題，從而更好地構(gòu)建科學(xué)適用的相關(guān)場(chǎng)景，并為人民生活提供更多的生活便利。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相關(guān)內(nèi)容探究

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的概念

在實(shí)際的虛擬技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員一般通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)作為整體內(nèi)容的主要呈現(xiàn)方式，同時(shí)結(jié)合仿真技術(shù)作為整體表現(xiàn)方式的基礎(chǔ)支撐，并且人機(jī)交互的相關(guān)功能也能夠更好地提升整體使用人員沉浸感，從而最終實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感提升。在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)的過(guò)程中，通過(guò)借助相關(guān)頭戴設(shè)備的使用，相關(guān)人員能夠通過(guò)依靠自己的視覺(jué)在腦中隔離出一個(gè)新的世界，這個(gè)世界通過(guò)信息構(gòu)成模擬環(huán)境，并進(jìn)一步對(duì)用戶(hù)的其他感官進(jìn)行刺激。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展主要依托于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的深化延伸，并且在圖形學(xué)等方面進(jìn)行融合，最終為用戶(hù)提供更加多感知性和存在感的新鮮體驗(yàn)，同時(shí)也使得整體虛擬世界的獨(dú)特自主交互性被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)的信息化發(fā)展過(guò)程中。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種基于現(xiàn)實(shí)和攝像設(shè)備的新型信息技術(shù)，主要通過(guò)攝像機(jī)實(shí)時(shí)針對(duì)整體的拍攝角度和具體位置進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估，然后在計(jì)算過(guò)程中加入虛擬的相關(guān)信息數(shù)據(jù)并在屏幕上進(jìn)行呈現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)。這樣的技術(shù)不僅能夠更好地實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)容設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)世界的有效且深度嵌套，同時(shí)還能夠進(jìn)一步加強(qiáng)虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界之間的聯(lián)系和互動(dòng)。在實(shí)際的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中經(jīng)常表現(xiàn)出以下3個(gè)方面的基本特點(diǎn)。第一是整體的技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新都主要基于真實(shí)世界和虛擬世界的信息集成，因此在實(shí)際的技術(shù)研發(fā)過(guò)程中主要發(fā)展的都是兩種世界和相關(guān)內(nèi)容的融合發(fā)展。第二，對(duì)于虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的交互，一般具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，因?yàn)橹挥姓w的信息交流和反饋速度夠強(qiáng)，才能夠縮短兩種信息之間的變化和響應(yīng)延遲，為進(jìn)一步提升整體增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)質(zhì)量起到深遠(yuǎn)的積極促進(jìn)作用。第三，在實(shí)際的三維空間當(dāng)中，對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用能夠更好地提升虛擬物體的定位屬性，同時(shí)進(jìn)一步提升虛擬物體的真實(shí)感和融入感。并且由于現(xiàn)實(shí)世界的一些物體整體的形態(tài)不容易被使用人員掌握，通過(guò)在虛擬世界相關(guān)信息的整合和疊加，從而能夠結(jié)合現(xiàn)實(shí)世界的相關(guān)背景進(jìn)一步提升使用人員的認(rèn)知觀感，并為更好地提升超越現(xiàn)實(shí)的新型體驗(yàn)起到深遠(yuǎn)的積極催進(jìn)作用。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)分類(lèi)探究

在實(shí)際的虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，主要通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行分類(lèi)。第一，通過(guò)相關(guān)計(jì)算機(jī)形成的三維交互場(chǎng)所構(gòu)建，不僅能夠更好地提升對(duì)于鼠標(biāo)以及力矩球相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用程度，同時(shí)也能夠結(jié)合屏幕進(jìn)一步呈現(xiàn)虛擬世界的更多細(xì)節(jié)，同時(shí)也可以更好地提升現(xiàn)實(shí)與虛擬的融合。這樣的技術(shù)分類(lèi)能夠在較為簡(jiǎn)單的技術(shù)支持下更多的應(yīng)用在設(shè)備之中，并且整體的技術(shù)應(yīng)用成本相對(duì)較低，因此在環(huán)境干擾抗性方面相對(duì)性能較弱。第二，主要是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)結(jié)合分布式的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞形式進(jìn)一步提升整體虛擬現(xiàn)實(shí)世界與用戶(hù)之間的交互性，并且用戶(hù)和用戶(hù)之間也能夠更加高效地進(jìn)行信息共享。這樣的技術(shù)，人類(lèi)能夠極大的緩解地域?qū)τ跀?shù)據(jù)信息的傳遞限制，但是由于整體的技術(shù)應(yīng)用成本投入相對(duì)很高，因此被更多的應(yīng)用在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。第三，主要是沉浸式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的有效應(yīng)用，這樣的技術(shù)主要通過(guò)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的共同融合，在給予實(shí)際現(xiàn)實(shí)世界的整體數(shù)據(jù)信息作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要基礎(chǔ)，并結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)于整體交互能力的進(jìn)一步融合，從而為用戶(hù)提供了一個(gè)極為真實(shí)有效的交互環(huán)境體驗(yàn)。這樣的技術(shù)分類(lèi)雖然能夠大幅度提升整體用戶(hù)的交互和摻進(jìn)體驗(yàn)，但是比較依賴(lài)大量設(shè)備的協(xié)同使用，因此對(duì)于混合技術(shù)和硬件設(shè)備的操作能力要求較高，同時(shí)整體技術(shù)的開(kāi)發(fā)成本極高，因此仍然處于起步階段。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景探究

2.1 游戲娛樂(lè)場(chǎng)景的有效應(yīng)用

在實(shí)際的虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，游戲娛樂(lè)場(chǎng)景作為主要的技術(shù)應(yīng)用方向，在很大程度上影響了整體技術(shù)的發(fā)展和延伸方向，同時(shí)也對(duì)于生活當(dāng)中的相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展方向起到了極大的推動(dòng)作用。目前頭戴式的相關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)頭戴設(shè)備能夠很好地支持玩家在實(shí)際的虛擬世界當(dāng)中完成高質(zhì)量的沉浸，并進(jìn)一步擺脫鍵盤(pán)鼠標(biāo)和手柄進(jìn)行操作的舊游戲操作模式，轉(zhuǎn)而朝向虛擬控制和手勢(shì)命令的全新發(fā)展方向。在實(shí)際的游戲娛樂(lè)場(chǎng)景設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有效應(yīng)用，進(jìn)一步將用戶(hù)使用的頭戴設(shè)備顯示功能進(jìn)行優(yōu)化，從而更好地提升整體游戲視角，并結(jié)合雙目攝像以及動(dòng)畫(huà)展示等方面的有效應(yīng)用最終實(shí)現(xiàn)更加逼真有效的游戲娛樂(lè)體驗(yàn)。除此之外，電影拍攝過(guò)程中對(duì)于相關(guān)特效和動(dòng)畫(huà)的設(shè)計(jì)和制作也常常從其中找尋靈感和創(chuàng)作基礎(chǔ)，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)成像技術(shù)進(jìn)一步提升整體電影在拍攝手段創(chuàng)新過(guò)程中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

2.2 商業(yè)服務(wù)類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景

在實(shí)際的虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于數(shù)字科技館和博物館相關(guān)功能的進(jìn)一步提升，不僅能夠更好的結(jié)合相關(guān)的人機(jī)互動(dòng)設(shè)備進(jìn)一步提升參觀人員的整體游覽質(zhì)量，同時(shí)還能夠提升游覽人員對(duì)于相關(guān)注意事項(xiàng)和實(shí)際問(wèn)題的反饋速度，從而更好地降低人力資源成本在此方面的投入。除此之外，一些技術(shù)人員還通過(guò)引用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)功能，進(jìn)一步增加了對(duì)于虛擬展覽館的構(gòu)建，這不僅能夠更好的給予現(xiàn)實(shí)條件的相關(guān)布景提升整體虛擬展館的真實(shí)性和沉浸感，同時(shí)也在另一方面提升了展覽館內(nèi)相關(guān)展示內(nèi)容的虛擬化和動(dòng)態(tài)化特點(diǎn)，從而為游覽人員展出不一樣的歷史和文化內(nèi)涵，并最終為進(jìn)一步提升文化遺產(chǎn)的保護(hù)和宣傳質(zhì)量起到積極促進(jìn)作用。

相關(guān)的虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以應(yīng)用在醫(yī)學(xué)的相關(guān)領(lǐng)域，不僅能夠針對(duì)目前出現(xiàn)的案例較少的疑難雜癥進(jìn)行更加多元化真實(shí)化的案例分析，同時(shí)還能夠更好的構(gòu)建虛擬手術(shù)臺(tái)，為醫(yī)生進(jìn)一步提升自身的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)起到較大的提升作用。除此之外，相關(guān)技術(shù)手段還被廣泛地應(yīng)用在遠(yuǎn)程醫(yī)療協(xié)作和康復(fù)治療上，并為國(guó)內(nèi)的醫(yī)療發(fā)展和治療形式優(yōu)化起到積極的影響意義，如圖1。

2.3 生活服務(wù)類(lèi)場(chǎng)景的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有效應(yīng)用場(chǎng)景還包括對(duì)于各種生活服務(wù)類(lèi)場(chǎng)景，首先隨著人民日常生活質(zhì)量的進(jìn)一步提升，旅游作為必要的娛樂(lè)項(xiàng)目已經(jīng)逐步成為人民的日常娛樂(lè)之一。而通過(guò)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有效應(yīng)用不僅能夠使得虛擬旅游得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還能夠結(jié)合地理信息系統(tǒng)的有效融合進(jìn)一步提升整體旅游過(guò)程中的實(shí)際質(zhì)量。在實(shí)際的虛擬旅游構(gòu)建過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)結(jié)合全景技術(shù)生成系統(tǒng)有效提升虛擬環(huán)境信息與實(shí)際世界的交互性，從而更好地加強(qiáng)了使用人員的沉浸感。

除此之外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的另一大應(yīng)用途徑就是對(duì)于智能家居的相應(yīng)發(fā)展和融合，這不僅體現(xiàn)在相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制整體家居設(shè)備的使用和狀態(tài)改變，同時(shí)也在另一方面結(jié)合室內(nèi)傳感器的整體數(shù)據(jù)信息進(jìn)一步構(gòu)建更加清晰的虛擬室內(nèi)環(huán)境。相關(guān)使用人員可以通過(guò)顯示設(shè)備實(shí)時(shí)對(duì)室內(nèi)的設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀掌握和進(jìn)一步調(diào)控，從而極大提升使用人員的操控質(zhì)量。對(duì)于穿戴式醫(yī)療設(shè)備的有效使用不僅能夠進(jìn)一步結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，提升整體遠(yuǎn)程醫(yī)療的準(zhǔn)確度，同時(shí)也提升了居住人員的生活質(zhì)量和體驗(yàn)。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)探究

3.1 數(shù)據(jù)采集與優(yōu)化傳輸技術(shù)

在實(shí)際的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于數(shù)據(jù)的獲取質(zhì)量直接影響了整體技術(shù)的應(yīng)用效率，因此相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合以下三個(gè)方面進(jìn)行整體數(shù)據(jù)的獲取。第一，在實(shí)際進(jìn)行高動(dòng)態(tài)度和多維度的相關(guān)圖像拍攝時(shí)，更多的使用全向相機(jī)進(jìn)行拍攝，這不僅能夠更好地采集更多的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)也能夠進(jìn)一步提升整體的畫(huà)面呈現(xiàn)細(xì)節(jié)。第二，在進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作變化畫(huà)面記錄和呈現(xiàn)過(guò)程中更多的使用高速攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟拍，提升對(duì)于動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)的捕捉數(shù)量，進(jìn)一步優(yōu)化整體技術(shù)的仿真程度。第三，在進(jìn)行相關(guān)的時(shí)變數(shù)據(jù)時(shí)，為了能夠更好地提升對(duì)于多維度數(shù)據(jù)的控制質(zhì)量，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)更多采用激光設(shè)備，不僅能夠大大提升整體數(shù)據(jù)信息的傳播速度，同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)整體設(shè)備的低能耗和低延遲目標(biāo)，同時(shí)在實(shí)際傳輸和處理過(guò)程中盡可能做到數(shù)據(jù)的可靠性不降低。

3.2 觸力覺(jué)反饋技術(shù)

為了能夠進(jìn)一步加強(qiáng)周?chē)h(huán)境對(duì)于使用人員的互動(dòng)真實(shí)性，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步針對(duì)觸覺(jué)和力覺(jué)兩個(gè)方面入手進(jìn)行整體反饋系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化。首先技術(shù)人員通過(guò)結(jié)合控制桿的反作用力將整體的虛擬物體的運(yùn)動(dòng)軌跡與真實(shí)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行匹配，為之后的力學(xué)反饋打下基礎(chǔ)。除此之外，通過(guò)對(duì)于數(shù)據(jù)獲取手套和其他部位的數(shù)據(jù)收集裝置的有效使用，能夠進(jìn)一步保證整體增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用始終處于給予真實(shí)物體反饋的數(shù)據(jù)范圍之內(nèi)。這樣的工作形式開(kāi)展不僅能夠更好地提升交互設(shè)備對(duì)于使用人員的感知觸覺(jué)真實(shí)性，同時(shí)也能夠結(jié)合手勢(shì)識(shí)別得更快數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)一步降低視覺(jué)與觸覺(jué)之間協(xié)同運(yùn)行的誤差，提升使用人員自身的沉浸感和真實(shí)感，同時(shí)也在另一方面加強(qiáng)了操作人員對(duì)于實(shí)際指令發(fā)出的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在國(guó)家和社會(huì)對(duì)于信息化新型技術(shù)進(jìn)一步深化發(fā)展和應(yīng)用的核心要求指導(dǎo)下，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步提升自身的工作主觀能動(dòng)性，從而更好地響應(yīng)國(guó)家提出的相關(guān)政策要求，進(jìn)一步構(gòu)建符合社會(huì)發(fā)展和人民實(shí)際生活的更為廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，不僅能夠有效提升信息化發(fā)展趨勢(shì)下整體線(xiàn)上線(xiàn)下資源的進(jìn)一步綜合，同時(shí)也能夠更好地提升國(guó)家在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中對(duì)于區(qū)域內(nèi)資源調(diào)配效率，為未來(lái)信息化社會(huì)的發(fā)展做出屬于自己的一份貢獻(xiàn)。