虛擬現實技術在電腦游戲中的有效應用

齊建亮

（南京視覺藝術職業學院，江蘇 南京 211215）

虛擬現實技術自誕生以來便受到人們的高度關注，其主要是以計算機為載體構建三維虛擬空間，并通過視覺、觸覺、聽覺模式為使用者提供身臨其境般的場景。目前虛擬現實技術在電腦游戲領域得到有效應用，能夠在創新電腦游戲形式的同時，為用戶創造更為逼真的游戲環境。正因此，探討電腦游戲中虛擬現實技術的有效應用，對促進電腦游戲領域的創新發展有著重要影響。

1 電腦游戲中虛擬現實關鍵技術應用

1.1 體感交互技術

以往電腦游戲中角色操控需借助鼠標、控制器、鍵盤以及遙控器等，而在多方面因素的影響下，使得電腦游戲操作存在以下問題：①游戲中角色動作與控制命令可能出現不相符的情況；②難以學習，使得電腦游戲與用戶之間存在交互障礙。得益于虛擬現實技術應用，可利用體感交互技術來取代以往鼠標鍵盤的復雜控制模式，用戶僅需通過自身控制，或者是利用周圍物體移動來達到角色操控的目的。相較于常規操控形式而言，體感交互能夠幫助游戲者降低操作難度，并為游戲者營造出更為逼真的游戲情境[1]。在游戲中可采用不同方法進行游戲者動作捕捉，如通過布設攝像頭進行游戲者動作、姿勢捕捉，經計算機處理后轉變為游戲角色實際動作表現，且計算機環境執行的命令受到游戲者姿勢或移動的影響。依托于骨架跟蹤、深度圖像處理技術進行游戲者動作捕捉，用于人體關鍵點位置信息的捕捉點設置通常超過15個，以計算機為載體進行游戲者捕捉動作的交互。

為實現對動作檢測效果的強化，還可借助特殊色彩裝置的佩戴進行檢測增強，如手套、眼鏡、帽子、鞋子等[2]，或者是讓游戲者攜帶安設無線發射與傳感裝置的手持設備，將識別的人體動作發送至計算機轉換為控制命令，實現以游戲者身體動作來控制游戲角色。

1.2 立體顯示與三維虛擬聲音技術

電腦游戲能否吸引用戶取決于視覺效果的營造，所以電腦游戲中立體顯示技術的應用具有至關重要的作用[3]。目前，電腦游戲中虛擬現實技術的應用主要借助頭盔式顯示器、臺式立體顯示器來增強游戲的沉浸性。其中臺式立體顯示器的應用主要以顯示屏幕為載體進行左右眼視圖生成，且視圖呈現出頻率左右交替的形式。屏幕中對應視圖可在用戶佩戴立體眼鏡后形成立體成像。頭盔式顯示器的應用則是采用機械固定的方式將顯示器固定于用戶頭部位置，此時用戶頭部與顯示器之間呈現出相對靜止的狀態，用戶雙眼分別接受來自不同顯示器發送的圖像，并通過“雙眼視差”的形成來營造立體環境。同時，依托跟蹤裝置的安設，可實現在游戲過程中進行用戶頭部實時跟蹤，計算機接收到來自頭部的信息后自動進行三維視場的轉變，以確保三維場景能夠隨著用戶視角改變而動態變化。相較于臺式立體顯示器應用，頭盔式顯示器的應用能夠為用戶提供沉浸式的游戲體驗。

三維虛擬聲音是為游戲者創造真實游戲環境的關鍵所在。不同于立體聲音營造，三維虛擬聲音的生成可讓用戶感覺到來自四面八方的聲音，用戶處于虛擬環境不同位置時產生的聲音存在一定差異，且聲音的生成可來自任何方位，以便于用戶在游戲中精準辨別出聲源的具體方位[4]。通過對真實聽感的營造讓用戶沉浸于游戲中。

1.3 觸覺反饋技術

觸覺反饋是指計算機可在人機交互期間對操作者的輸入形成有針對性的響應，借助反饋設備對操作者進行觸覺或力的反饋。在虛擬現實游戲中，以用戶信息提供為依據進行反饋分類，具體包括觸覺反饋、力反饋等[5]。其中力反饋主要是對游戲中虛擬物體運動借助相關技術手段進行處理，并利用反饋裝轉化為物理設備的機械運動，實現在游戲操作過程中讓用戶體驗到真實的方向感、力度反饋等。針對觸覺反饋而言，受到技術限制、研發未深入等方面的影響，目前僅支持讓用戶在游戲過程中感受溫度、振動、環境變化等，無法在游戲中為用戶提供真實材質或紋理觸感等。

2 電腦游戲與虛擬現實技術的相互融合

2.1 真實環境模擬

場景創造是游戲世界的基礎架構，場景能否真實、逼真營造，直接影響到用戶的體驗度與沉浸效果[6]。通常情況下，可采用多邊形擬合的方式進行場景模型的外形創造，并通過外表材質與光照模擬來達到模型真實感營造的目的。為此可充分利用三維造型軟件進行游戲場景的營造，依托數據模型構建來創造三維立體的場景模型。通過幾何建模與形象建模來構建契合游戲場景的三維模型，并針對室外場景與室內場景進行建模技術的針對性應用。在當前電腦游戲場景營造中，室外場景建模的應用較為常見，具體包括建筑、植物、天空以及山體等。

2.2 多感知性表現

虛擬現實技術在電腦游戲中的融入，能夠以多元感知來增強用戶對游戲的沉浸感。作為虛擬現實概念的最早提出者，杰蘭·拉尼最初設想是以計算機為載體，構建一個集成嗅覺、觸覺、聽覺以及視覺的三維世界，借助相關技術應用，以自身視角進行虛擬世界的交互與瀏覽，實現在三維世界中獲取多重感官刺激以及浸入式體驗。例如，美國曾利用虛擬現實技術來治療戰后精神紊亂的士兵，通過在手臂、胸部、手等位置進行傳感器的安設，佩戴特制護目鏡與手柄，讓士兵進入虛擬的戰場環境。游戲中能夠對戰爭場景進行逼真模擬，如爆炸后的殘火、黑色煙霧、槍炮聲、坦克行駛聲音等。當士兵處于虛擬現實環境中時，能明顯出現呼吸急促、心跳加速等變化。以《全光譜戰士》為原型，結合實際戰爭情況進行第一人稱設計游戲的改變，能夠通過讓士兵重返戰場來達到“浸入式”心理治療的目的。做到以虛擬情境為載體，充分調動游戲者的視覺、聽覺以及觸覺，引導精神紊亂癥士兵能夠直面內心恐懼。通過多感知性表現來增強電腦游戲的真實性、沉浸性，讓用戶在游戲參與過程中擁有更好游戲體驗。

2.3 自主性表現

自主性表現是虛擬現實技術在電腦游戲中應用的關鍵所在，所謂自主性，是指以物理定律為基準來控制虛擬環境中物體的運動，以確保物體動作能夠符合真實物理定律。其中物理系統的應用是實現物體運動規律控制的關鍵所在，通過碰撞檢測來控制物體規律運動，在探測物體物理邊緣的前提下，以對物體運動規律的遵循來增強用戶體驗感受。如游戲中存在3D物體碰撞情況，利用物理系統來確定物理邊緣，繼而依照物理運動規律來控制物體運動，防止物體出現相互穿透的現象，實現對真實游戲場景的營造。用戶在參與游戲過程中，兩個及其以上的物體無法在同一時空內占據同一區域，若物體間碰撞未出現任何反應，或者是部分無法穿透的物體在游戲中可隨意穿透，會直接影響到玩家對游戲環境的真實體驗。

2.4 利用虛擬仿真技術制作角色模型

電腦游戲中人物角色是關鍵組成要素之一，而原畫繪制則是游戲設計中不可缺失的關鍵環節。而縱觀當前游戲設計與制作中，部分開發者未對原畫繪制加以重視，致使部分游戲在制作階段頻繁出現角色抄襲現象，或者是相關角色的設定與游戲整體情境不相符。在此情形下，使得游戲角色建模耗費時間增多，并影響電腦游戲的整體體驗感。而得益于虛擬現實技術應用，可實現對原畫繪制、模型制作效率的提升，并依托于該技術將角色模型控制在標準比例。如借助ZBrush軟件進行游戲設計，可在保證游戲建模質量符合要求的前提下，創造出符合游戲整體情境的人物角色。以《生化危機》VR版為例，該游戲中涉及大量變異人角色的創造，而其中大部分角色需要以人體比例為基準進行設計。為保證游戲人物的真實性，需在游戲設計時利用虛擬現實技術進行骨骼繪制，構建契合人物角色的人物模型。需注意，游戲角色的設計還需結合游戲場景要求進行適當調整，避免因模型比例失真而影響到角色的真實性。

3 電腦游戲中虛擬現實技術應用障礙

3.1 硬件設備問題

要想提升用戶對VR游戲的認同度，需要以游戲場景的清晰體現為前提，即給用戶一種完全擬真的感覺，若游戲世界的營造過于粗糙，無法讓用戶在游戲中始終保持深入沉浸。而縱觀現階段我國電腦游戲中虛擬現實技術應用，其中硬件設備尚待更新、優化的問題最為關鍵。在設備不成熟、不完善的影響下，使得用戶在游戲過程中頻繁出現眩暈、移動障礙、解析度不足等問題，甚至存在游戲中用戶感知移動加速，但缺少實際感官體驗的情況。另外，在主機配置較差前提下，極易出現大量數據處理延時的情況，如用戶下達動作指令未得到第一時間響應，用戶實際操作與游戲中角色人物運動出現不同步現象，進而影響到用戶體驗感。盡管現階段對VR游戲的輕量化研究逐漸加大力度，但是目前尚未取得實質性進展，過于沉重的設備使得用戶在參與游戲過程中極易產生疲勞感。此外，因設備滯后使得游戲存在解析度不足問題，用戶無法在游戲中獲取清晰細膩的畫面，甚至存在人物素點可用肉眼觀看的情況，不僅影響到游戲整體體驗感，甚至因畫面清晰度不足使得游戲逐漸被淘汰。

3.2 交互方案不理想

現階段大部分電腦VR游戲中視覺效果的營造較為理想，能夠引導游戲者沉浸于游戲世界，但在交互感受方面仍有待提升。無論是動作游戲還是射擊、賽車等類型游戲，以游戲手柄的配備為通用方案，而在用戶參與游戲過程中，利用手柄來完成動作指令仍存在一定不適感。同時，需要以更大的活動空間來支撐游戲體感實現，但實現中因設備的限制使得用戶無法隨意行動。理論上，需在VR游戲中進行人體所有行動、動作的全面還原，而萬向行走墊的應用盡管可幫助用戶實現站立、跑蹲等動作狀態，但無法支撐用戶跳躍動作的實現。另外，鍵盤鼠標以及手柄的應用，難以在游戲中為用戶提供真實的游戲感受。而慣性傳感器、接近傳感器、動作捕捉器等的佩戴雖然可增強用戶在游戲中的輸入能力，但實際震動反饋以及視覺效果仍未得到明顯提升。

4 虛擬現實技術改進重點

要想進一步發揮出虛擬現實技術在電腦游戲的作用與功能，首先需從硬件技術水平的提升入手，重視對設備輕量化、無線化的開發與研究。針對游戲顯示而言，可借助焦點可調顯示技術應用進行游戲顯示改善，做到將虛擬內容以多個焦平面為載體進行投影顯示，以避免因用戶長時間參與游戲而造成視覺疲勞。或者是借助移動圖像渲染來達到可視性能優化的目的。另外，需為VR游戲提供更高分辨率設備，并將VR設備的刷新率控制在150～240 fps范圍內，實現以高清視覺體驗來營造真實情境。而要想支撐高分辨率、高刷新率設備的運行，則需重視對PC硬件性能的提升。其次，重視對交互方案的優化開發，在保證開發成本符合預期要求的前提下，可有效利用慣性傳感器或視覺動作捕捉系統來實現游戲交互性的增強。

5 結束語

綜上所述，電腦游戲已經取代電視、電影等成為現代民眾的主要娛樂形式，并對我國國民經濟發展發揮著促進作用。電腦游戲與虛擬現實技術的有機融合，可在促進電腦游戲在形式創新的基礎上，為用戶提供更為理想的體驗感。鑒于此，為進一步促進虛擬現實技術與電腦游戲的融合，需在明確虛擬現實關鍵技術應用的基礎上，總結現階段電腦游戲中虛擬現實技術應用阻礙，提出針對性的措施來促進虛擬現實游戲的優化設計制作，為我國游戲市場的轉型發展提供支撐?！?/p>