虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用現(xiàn)狀

方之昊

虛擬現(xiàn)實是當(dāng)今重要的技術(shù)之一，本文主要淺談其發(fā)展的歷史、相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)及廣闊的應(yīng)用，旨在通過介紹虛擬現(xiàn)實的現(xiàn)狀，來表達對未來虛擬現(xiàn)實的展望。

1.虛擬現(xiàn)實的概念和簡介

相信大家看過《頭號玩家》這部電影，我也特地到電影院觀看了這部電影。這里面就講述的是人類沉浸于虛擬現(xiàn)實之中，虛實相生，玩味無窮。

虛擬現(xiàn)實是一種綜合了多種技術(shù)而發(fā)展起來的，同時也是計算機領(lǐng)域的最新技術(shù)。盡管作為一門新的技術(shù)，它的發(fā)展也相當(dāng)迅速，應(yīng)用也相當(dāng)?shù)膹V泛，也早已融入我們的生活當(dāng)中。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也被公認(rèn)為21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。

當(dāng)然，虛擬畢竟是虛擬的，并非一個真實的世界，而是一個可以交換的環(huán)境，通過各種技術(shù)手段，比如：數(shù)字圖像處理，人機接口技術(shù)，信息傳感技術(shù)，心理學(xué)等。利用這些技術(shù)，可以讓人們有身臨其境的感覺，隨著技術(shù)的發(fā)展與成熟，原本枯燥無味的計算機，伴隨著虛擬現(xiàn)實的出現(xiàn)，顯得更加人性化。通過三維設(shè)備與物體接觸，實現(xiàn)了人機交換，這同時也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心所在。

2.虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史

虛擬現(xiàn)實的歷史大致分為三個階段：

2.1 20世紀(jì)50年代-20世紀(jì)60年代末

1956年，Morton Heileg 發(fā)明了叫sensorama的仿真摩托車，隨后1962年，海里戈又發(fā)明了“全傳感仿真器”，這也開啟了人類第一次接觸虛擬現(xiàn)實，也為后人打下來了堅實的基礎(chǔ)。不幸的是，他被當(dāng)時的人們認(rèn)為是空想家，大家對于他的研究與發(fā)明并不感興趣。當(dāng)然這并沒有影響到海里戈，他依舊沉浸于虛擬摩托車的體驗中，依舊堅持自己的理念。偉大的海里戈也留給了后人他最尖端前沿的發(fā)明。

2.2 20世紀(jì)70年代初-20世紀(jì)80年代末

1973年，Myron Krurger 首次提出來了虛擬現(xiàn)實的概念，但是他用的詞語是“Artificial Reality”，與此同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也得到了初步的發(fā)展，這段時間內(nèi)，可謂是碩果累累，兩個典型的系統(tǒng)的出現(xiàn)，即VIDEOPLACE和VIEW的出現(xiàn)，進一步的推動了其發(fā)展。我們所熟知的飛行員所用的仿真器也是在此期間開發(fā)的，越來越多的公司開始積極的研發(fā)，人類對此表現(xiàn)出極大的興趣

2.3 20世紀(jì)80年代末至今

1989年，美國的科學(xué)家Jarn Lanier正式提出來了虛擬現(xiàn)實的概念，詞語“Virtual Reality”也首次亮相，簡稱“VR”。我們現(xiàn)在所涉及的多個領(lǐng)域，比如工業(yè)，商業(yè)，教育，軍事，包括我們玩的游戲，甚至是購物，看病都會援用到虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

各個發(fā)達國家也在加強自己的研發(fā)工作，比如美國，英國，日本，當(dāng)然也包括我們中國。也研究出來了許多令人矚目的發(fā)明，如：英國的Transputer技術(shù)，德國在制造寶馬、奔馳等車子時，利用VR技術(shù)、日本發(fā)明了人類面部表情特征的識別、中國的阿里巴巴嘗試VR購物等等。

如今，虛擬現(xiàn)實的發(fā)展也已日漸成熟，也走入了我們每個人的家庭當(dāng)中。

3.虛擬現(xiàn)實的特點及相關(guān)技術(shù)

3.1 虛擬現(xiàn)實的特征

通過了解，我們的虛擬現(xiàn)實技術(shù)有一下三種特征沉浸性，交互性以及構(gòu)想性：

3.1.1 Immerse 沉浸性

我們所知，虛擬現(xiàn)實是虛擬的，需要用戶全身心的投入到虛擬的場景當(dāng)中，讓人身臨其境，忘記了現(xiàn)實的一切，完全進入了計算機設(shè)計好的虛擬世界當(dāng)中?！额^號玩家》當(dāng)中主演在現(xiàn)實中叫韋德，而到了虛擬當(dāng)中，他則叫帕西法爾，他也可以隨意的更改自己的外表，甚至是性別。他也可以完全沉浸在虛擬之中，忘記現(xiàn)實中的煩惱，忘記現(xiàn)實之中的一切。電影當(dāng)中還可以成為超級英雄，尋找出藏匿之中的彩蛋。

3.1.2 Interactive 交互性

就算在現(xiàn)實當(dāng)中，人與人之間的交流也是必不可少的，虛擬當(dāng)中也同樣如此，交互性就是讓虛擬中的對象可自由的交流互動，當(dāng)然這一切都是基于現(xiàn)實當(dāng)中操作者的動作或者語言來完成，讓人感覺非常親切。由于人們不甘于現(xiàn)實，以至于想征服未來，為了達到這一目的，虛擬中的玩家要不斷的進行交流，通過合作來完成。所以我們也可以經(jīng)?？吹筋^戴頭盔的人在漫無目的手舞足蹈，這就是他們在進行信息交流。

3.1.3 Imagination 構(gòu)想性

人在不同的環(huán)境中會有不同的認(rèn)識，在虛擬當(dāng)中也會有全新的的概念，會提高自己的認(rèn)識的廣度與深度，從而產(chǎn)生新的構(gòu)想。然后把這些構(gòu)想輸入電腦系統(tǒng)當(dāng)中，通常會有不同的效果的出現(xiàn)，人類也可以在此過程中繼續(xù)進步，得到發(fā)展。有人預(yù)測在未來，人們的現(xiàn)實生活會讓人非常失望，所以人們希望可以通過虛擬宇宙實現(xiàn)內(nèi)心的慰藉。而這一切的構(gòu)想都需要人類自己來完成，因此人們要不斷的對自己所創(chuàng)造的系統(tǒng)不斷進行完善，構(gòu)想出更加精美的創(chuàng)造。

3.2 虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實所涉及的技術(shù)相當(dāng)多，也相當(dāng)復(fù)雜，它是多種高科技技術(shù)的融合，其中最關(guān)鍵的技術(shù)大致有這幾點：動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖像生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、多功能交互技術(shù)以及應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具。

我想重點介紹實時三維圖像生成技術(shù)。我們所熟知的實際環(huán)境就是一個三維世界，為了讓體驗者可以有沉浸性，設(shè)計研發(fā)者必須要能生成三維圖像，將虛擬世界當(dāng)中的畫面盡可能的逼真的展現(xiàn)給體驗者。其實圖形的生成是虛擬現(xiàn)實的瓶頸之一。我們所衡量沉浸在虛擬環(huán)境中的效果主要是看其動態(tài)特性及其交互延遲特性。為了達到這一指標(biāo)，每秒鐘要生成并且產(chǎn)生至少10幀的畫面，否則將會嚴(yán)重影響虛擬現(xiàn)實的效果；我們都知道人的視覺是有停留的，所以系統(tǒng)生成圖像的的反應(yīng)速度至多不可以超過0.25秒，不然人們在虛擬中將會有不適應(yīng)的反應(yīng)，比如說：嘔吐、煩躁等，嚴(yán)重影響效果。虛擬現(xiàn)實利用計算機所提供的三維數(shù)據(jù)來生成場景，對物體在虛擬世界中進行重建。

其次還有多功能的交互技術(shù)，由其特征，我們知道虛擬現(xiàn)實由交互性，因此信息的交互顯得格外重要，不僅僅是語言的交互，各種感官的交互也尤為重要。所以這也是關(guān)鍵技術(shù)所在，需要加強對于這方面設(shè)備的研究。

4.虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用

4.1 虛擬現(xiàn)實的游戲

一提到游戲，則是我們這些年輕人所感興趣的，從小到大玩過各式各樣的游戲，當(dāng)然大多數(shù)只是二維游戲，在手機電腦等屏幕上完成。隨著VR技術(shù)的成熟與發(fā)展，VR游戲也越來越多，每當(dāng)我們?nèi)ゴ笮唾徫锷痰?，總會發(fā)現(xiàn)有個角落里有幾臺設(shè)備，可以提供人們玩VR游戲，有射擊類的、體育類的、賽車操控類的。除了在商店里面，平常在家我們也可以體驗VR游戲，只需在淘寶購買一個設(shè)備，我們便可以在家里面手舞足蹈，體驗游戲帶給我們的快樂。

當(dāng)然種種問題也有所體現(xiàn)，比如VR正版設(shè)備過于昂貴，畫質(zhì)的清晰度問題，戴久了會讓人頭暈，沒有很強的沉浸感，又或者是VR游戲目前不能覆蓋所有的游戲類型、也很少有優(yōu)秀的VR游戲的出現(xiàn)，這些都很大程度上減少了VR游戲的推廣。

或許這些游戲和《頭號玩家》中的比起來還相差甚遠(yuǎn)，但是我相信隨著科技的進一步成熟，技術(shù)進一步的發(fā)展，在未來VR游戲會逐漸的占據(jù)游戲的大頭。

4.2 虛擬現(xiàn)實的醫(yī)療

生病就診是我們生活之中必不可少的環(huán)節(jié)之一，人類漸漸地對醫(yī)療的要求提高，不再僅僅滿足治好病，而是要更加安全，更加準(zhǔn)確的治病，以確保萬無一失。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年因為醫(yī)療事故導(dǎo)致死亡的不幸患者不少于四十萬人！雖然我們沒有理由去責(zé)備醫(yī)務(wù)人員，可是造成的損失的確不可估量的。所以為了緩解這一矛盾，并伴隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，科學(xué)家一直在探索VR在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。

目前，在眾多技術(shù)的促成下，外科手術(shù)技術(shù)CAS形成了，這一技術(shù)的出現(xiàn)，不僅僅提高了外科手術(shù)的成功率，也有效的對大量的信息進行了提取。值得一提的是，CAS技術(shù)在骨科手術(shù)中的成效非常明顯，并且取得了相當(dāng)大的成就。它首先利用磁核共振成像、超聲成像等技術(shù)對患者體內(nèi)的情況進行了解;其次根據(jù)計算機提供 的數(shù)據(jù)，利用醫(yī)用機器人進行手術(shù)治療。這一技術(shù)的成熟大大降低了患者的手術(shù)損傷，對手術(shù)后的康復(fù)也有積極的效果。

當(dāng)然，與此同時，VR醫(yī)療也存在它的局限性，其覆蓋的面積并不廣闊，其安全性其實也并沒有達到想象的高度：加之高昂的成本，在國內(nèi)，擁有VR治療的醫(yī)院也不過區(qū)區(qū)十幾家，并不能形成規(guī)模。

4.3 虛擬現(xiàn)實的購物

購物成為當(dāng)代人的潮流，每個人的手機或多或少都會裝上一些購物的APP，這一方便的技術(shù)也深得大家的喜愛。前一段時間，阿里宣布將要展示自己的VR購物，消費者可以根據(jù)自己的需要，到虛擬商店中挑選喜歡的物品，甚至可以進行試用。

如果有一天，當(dāng)我們放學(xué)回到家中，發(fā)現(xiàn)媽媽在客廳里揮舞著手臂，擺著造型，說不定她就在虛擬商店中試穿自己喜歡的衣服。VR技術(shù)的沉浸性讓人們可以完全沉浸在購物的喜悅之中。

這種足不出戶，便可以去各大商場的體驗離我們已經(jīng)不遠(yuǎn)了，阿里VR實驗室正在加緊研究，相信在不久的將來，VR購物將全面覆蓋。

5.對虛擬現(xiàn)實未來的展望

就像電影當(dāng)中一樣，我們?yōu)槭裁匆獞?yīng)用虛擬現(xiàn)實，是因為能源的匱乏，現(xiàn)實已經(jīng)無法再滿足人類需要，人類需要更加高效、低耗能的生產(chǎn)。而虛擬現(xiàn)實這種幾乎不耗能的正可以完美的解決這一矛盾。

從各個領(lǐng)域看，虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣闊，當(dāng)然由于現(xiàn)在的技術(shù)還未達到我們想象的那種完美的境界，所以在各個方面的深度還不夠，這就需要我們對其進行更深入的研究。相信虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不久的將來完全運用到我們的生活之中。

6.結(jié)語

虛擬現(xiàn)實是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，它的前景是光明的，但是道路必然是曲折的，需要一代代的科學(xué)家堅持不懈的努力。它的信息處理方式，定會在各行各業(yè)中起到不可估量的作用，我們相信21世紀(jì)會是屬于虛擬現(xiàn)實的時代！