虛擬數字人技術如何在虛擬現實環境中提升性能

■ 文/許 娟 劉 凱 劉 玥

社會保障、社會養老服務成為提升民生質量的關鍵突破口。過去，“老有所養”已經成為中國社會保障體系中的普遍共識。如今，高質、高效、高附加值的養老服務在新一輪的數字變革中已經成為傳統公共政府轉型數字化政府管理關注的焦點。

虛擬數字人在虛擬現實中的應用現狀

虛擬數字人在VR 領域展現了很強的表現力和交互深度，提供了豐富的沉浸式體驗。

在虛擬試衣間場景中，虛擬數字人作為用戶的化身，將用戶的身體參數和外觀特征表現在虛擬空間中。例如，服裝品牌Zara 的虛擬試衣技術通過高精度3D 掃描和建模，使用戶可以在線上直觀地了解試穿服裝的效果。

在在線游戲中，虛擬數字人運用運動捕捉和渲染技術確保玩家融入游戲世界并可以自由交互。在VR 游戲《節奏空間》中，玩家的動作都能被及時有效地映射到虛擬世界中，游戲可玩性也大大提升。

在模擬培訓中，虛擬數字人則扮演著老師的角色。以航空培訓為例，虛擬現實技術輔助初學者進行飛行訓練。通過機器學習和語言處理技術的結合，虛擬教練會根據初學者的操作給出反饋。

在虛擬社交平臺的交流中，如Meta 的虛擬協作辦公平臺Horizon Workrooms，通過VR 設備和身體運動捕捉，虛擬數字人為遠程溝通開辟了新維度。

在這些應用中，虛擬數字人融合了多種科技精華，如3D 建模和渲染技術、人工智能和機器學習技術、運動捕捉和虛擬現實技術，從其提供的有效體驗也可以看出發展的必要性。

技術挑戰與實踐需求

在虛擬數字人技術的實踐需求中，相關人士也遇到了技術挑戰。

從零售領域的應用來看，3D 建模技術至關重要。例如，在運動用品品牌阿迪達斯的虛擬試衣項目中，3D 建模技術能夠捕捉用戶數據并將其轉化為虛擬形象，然后通過材質渲染和光影處理，將試穿衣物呈現在虛擬形象上。在這一過程中，圖形處理單元（GPU）的計算能力和渲染算法的優化很關鍵。

在在線游戲領域，用戶期待的是實時交互和高自由度。在跨平臺多人VR 社交游戲Rec Room中，虛擬數字人需要在多人在線虛擬世界中進行交互。這要求良好的網絡傳輸和運動同步算法。通過部署新的服務器架構，優化動作數據的壓縮和傳輸算法，游戲能實現低延遲交互。

進入虛擬社交平臺，虛擬數字人的表達和語言處理能力有更高標準。例如，在VRChat 平臺中，用戶希望能用動作、表情以及語言進行交流。表情捕捉和語音信號處理對提高真實性非常關鍵。

在模擬培訓中，虛擬數字人扮演起“虛擬教練”的角色，其任務包括引導、演示和通過智能化的方式提升學員的體驗。動態的知識圖譜與智能推薦算法成了關鍵工具，虛擬教練利用知識圖譜捕捉并理解學員學習狀態并給出反饋。

在醫學手術培訓中，虛擬教練分析學員在模擬手術中的操作路徑是否科學、是否遵循了手術規范，并推導出學員可能遇到的困惑和難點，進而虛擬教練能夠給出相應的建議。在各學習節點，虛擬教練記錄學員的軌跡，并進行匯總分析，形成學員的畫像。例如，通過分析學員的操作習慣、犯錯類型、停留時間等多維度數據，虛擬教練刻畫出學員的學習特點和學習需求。基于學習畫像，智能推薦算法挖掘學員的需求偏好。在新的模擬訓練中，虛擬教練通過調整難度、變更內容、優化反饋策略等方式滿足學員的學習需求，幫助他們掌握技能。在教學中，虛擬教練向學員推薦輔助學習材料，如學習視頻、專業文章或訓練內容。內容基于學員的進度、興趣點和知識盲點，幫助學員獲取知識補充和延伸閱讀。

整個教學過程在保障學員隱私的前提下進行。虛擬教練的建議和反饋源于算法的精準分析。這樣既確保了教學過程的智能化和個性化，同時也尊重了學員的隱私。

虛擬數字人應用領域廣泛，不同場景對其表現力、交互能力以及智能水平提出了不同的需求。相關人士應在各種技術挑戰中進行實踐，找到有效的路徑，推動虛擬數字人在虛擬現實中的應用發展。

特定應用場景實踐

在Zara 的虛擬試衣間項目中，為了滿足用戶的線上購物體驗，虛擬數字人技術有著自然交互的使命。此挑戰并非易事，這需要在虛擬空間中再現顧客形象，在保證視覺效果的前提下實現3D 試衣。同時，要保證衣服的材質和樣式與現實無二。

在Zara 虛擬試衣間的制作中，技術團隊以3D 建模技術作為開端，顧客的虛擬模型通過體型掃描技術生成。然后是服飾的建模。技術團隊將服飾進行3D 掃描，對不同材質進行貼圖和材質渲染處理，服飾的視覺表現能夠接近真實世界的效果。光影處理也被引入，確保服飾展現出相應的視覺效果。該項目采用了實時渲染技術。通過GPU 和渲染算法，技術團隊實現了實時圖形渲染，即便是在復雜的光影和動畫效果下，依然能夠提供流暢的體驗。

在與用戶互動方面，該項目應用了語音識別和語言處理技術。顧客可以與虛擬數字人進行語言交流，詢問服飾相關信息，獲取搭配建議。通過自然語言處理模型，虛擬數字人能夠給出反饋，豐富線上試衣體驗。為了實現自然的交互體驗，團隊還引入了手勢識別和眼球追蹤技術。虛擬數字人能夠實時捕捉和響應用戶的手部動作和視線的移動，增強了交互的自然友好度。

Zara 虛擬試衣間展示了虛擬數字人技術在商業中的應用。此過程中，多種技術結合應用，很好地應對了虛擬試衣中的技術挑戰，為顧客帶來了更好的體驗，展現出其在零售領域的潛力。

性能提升策略及實施效果

●性能提升策略設計

在Zara 虛擬試衣間中，技術團隊通過運行與觀察，設計了性能提升策略，聚焦在提高渲染效率、增強交互自然性以及優化虛擬環境的穩定性上。

一是GPU 加速與優化算法融合：在渲染過程中引入圖形處理技術，同時優化渲染算法，提高渲染的效果。

二是交互自然性的增強：細化虛擬數字人的動畫及響應邏輯，優化語言模型，讓其與顧客的交互流暢自然。

三是網絡數據傳輸優化：對虛擬試衣間中的網絡數據傳輸進行優化，應對網絡不佳的狀況。

●策略實施和效果分析

策略確定后，團隊進入實施階段。首先是測試這些優化策略，確保在運行中能夠達到預期的效果。

渲染效率借助GPU 加速和算法的優化，如利用卷積神經網絡(CNN)的預測模型來進行渲染，降低了渲染過程的計算負擔，保證了圖形質量和渲染的效率。

在人機交互中，語音識別模型和多模態輸入（如手勢、表情等）的引入增強了虛擬數字人的交互自然性。在語音交互上，對話管理系統與機器學習模型融合，使虛擬數字人能夠理解并回應用戶的問題與要求。

通過新的數據壓縮算法和數據傳輸策略，3D模型的數據和虛擬試衣間的動態交互數據都得到壓縮和優化，虛擬試衣間在較差的網絡環境下也能流暢運行。

在Zara 虛擬試衣間項目中，虛擬數字人技術效果顯著。項目成功地帶給顧客更好的虛擬試衣體驗。通過GPU 加速、渲染算法的優化、交互自然性的增強，以及網絡數據傳輸的精細化管理，虛擬數字人能在虛擬現實環境中為客戶提供更好的體驗，客戶也增強了對品牌的忠誠度和認同感。

虛擬數字人技術已在虛擬試衣間項目中展現出實用價值，在虛擬游戲、在線教育、遠程醫療等領域，可以將Zara 虛擬試衣間項目的經驗進行遷移和應用

隨著技術的進步，虛擬數字人的表達和互動更加多樣。未來的實踐和研究可以更加注重多樣的虛擬體驗，如增強虛擬數字人的交互能力、提供個性化的服務來滿足用戶的需求。

然而隨著虛擬數字人技術的廣泛應用，用戶的隱私信息將成為一個重要的議題。因此，需要加強安全與隱私保護，如開發更安全的數據傳輸協議、設計更合理的數據加密和認證機制等。