虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)淺析

孔盼

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)深受GPU巨頭、PC服務(wù)器廠商追捧，作為繼鼠標(biāo)+鍵盤、觸屏人機(jī)交互后，又一次跨時代革新，被寄予厚望成為新一代的計(jì)算平臺。游戲作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個重要分支，沉浸式VR游戲帶給用戶的游戲逼真度和沉浸感越來越強(qiáng)。從2015年起，虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的專利申請呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，但國內(nèi)的申請多為實(shí)用新型且專利價值度不高，核心技術(shù)和高價值專利仍為國外大公司所掌握，本文并就虛擬現(xiàn)實(shí)游戲領(lǐng)域存在的問題進(jìn)行了分析，建議國內(nèi)企業(yè)盡早進(jìn)行全面的專利布局。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)（VR） 游戲? 頭顯

從概念到技術(shù)和產(chǎn)品的初步實(shí)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)正在逐漸滲透到人們的工作和生活中，目前，虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)應(yīng)用于醫(yī)療、教育、新聞、家裝、旅游、計(jì)算機(jī)、體育、購物、影視、娛樂等各行各業(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用主要可以分為兩大類，一是行業(yè)應(yīng)用類，主要包括工業(yè)、醫(yī)療、教育、軍事、電子商務(wù)等;二是大眾應(yīng)用類，主要涉及游戲、直播、影視、社交等。

游戲作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個重要分支，沉浸式VR游戲帶給用戶的游戲逼真度和沉浸感越來越強(qiáng)。2016年7月初，由任天堂、Pokemon公司、Niantic公司合作推出的基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與LBS技術(shù)的手游（Pokemon Go）僅上線一天時間就榮登免費(fèi)手機(jī)應(yīng)用下載的首位，眾多玩者為之瘋狂，并多次引發(fā)游戲服務(wù)器發(fā)生崩潰。

1 技術(shù)原理

虛擬現(xiàn)實(shí)又稱靈境技術(shù)，是以沉浸性、交互性和多感知性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級人機(jī)界面。綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。

VR頭顯主要通過以下方面使用戶沉浸于虛擬世界中：第一，通過凸透鏡來擴(kuò)大使用者的視野，使其能接受到更大的即時圖像范圍，且用戶幾乎不會被外界影像干擾;第二，通過固定在頭部的螺旋儀，感知使用者頭部的運(yùn)動，并將信息處理并交由圖像生成軟件，從而使呈現(xiàn)的人眼前的三維圖像能以很高的頻率實(shí)時更新，給與使用者更為真實(shí)的視覺感受，讓人沉浸其中;第三，通過呈現(xiàn)給人左右眼不同的圖像，讓使用者獲得跟為真實(shí)的立體感，使虛擬環(huán)境中的三維效果更為突出。

2 技術(shù)分支

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的典型組成包括：虛擬世界生成設(shè)備、感知設(shè)備（生成多通道刺激信號的設(shè)備）、跟蹤設(shè)備（檢測人在虛擬世界中的位置和朝向）和人機(jī)交互設(shè)備。VR游戲，主要通過頭戴式或頭盔式顯示器進(jìn)行游戲的交互控制和顯示，其主要技術(shù)分支主要在以下幾個方面：

（1）交互技術(shù)，通過各種傳感器或攝像機(jī)對用戶進(jìn)行捕捉或識別，進(jìn)而控制頭戴式顯示器的游戲畫面的切換和顯示，比如隨著頭部的轉(zhuǎn)動，游戲畫面也進(jìn)行相應(yīng)的切換顯示等;

（2）安全技術(shù)，避免玩家在游戲過程中和實(shí)際場景物體發(fā)生碰撞。當(dāng)玩家通過頭戴不透明設(shè)備在現(xiàn)實(shí)空間進(jìn)行VR游戲時，必須保證玩家的安全，在實(shí)現(xiàn)時，通常需要檢測拍攝范圍內(nèi)物體的位置，確定玩家的活動范圍，確定玩家在執(zhí)行肢體動作時，物體是否在玩家的活動范圍內(nèi)，如果在活動范圍內(nèi)可能發(fā)生碰撞時，則需要發(fā)出提示消息;或者，也可以將檢測到的現(xiàn)實(shí)中的障礙物，置換為虛擬對象物，并將虛擬對象物在頭戴設(shè)備所顯示的虛擬空間內(nèi)合成于與障礙物的位置相對應(yīng)的位置;

（3）其他增強(qiáng)游戲沉浸感的技術(shù)，包括各種游戲反饋機(jī)制以及各種情景模擬技術(shù)等。主要通過震動反饋等傳感器反饋技術(shù)，增強(qiáng)游戲的逼真感。

在現(xiàn)階段，VR游戲存在一些因技術(shù)導(dǎo)致的問題，其所導(dǎo)致的VR游戲的不適性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：設(shè)備性能不足;舒適度較差;交互性不足;游戲內(nèi)容少。

索尼于2015年提出CN107427722A，用于在用戶戴著頭戴式裝置時管理所述用戶的暈動病的方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序。在用戶戴著正呈現(xiàn)具有多媒體內(nèi)容的虛擬實(shí)境的所述HMD時監(jiān)測所述用戶的物理特性的操作。當(dāng)用戶正經(jīng)歷暈動病時，向所述用戶遞送補(bǔ)充聲音，其中所述補(bǔ)充聲音與來自所述多媒體內(nèi)容的聲音組合以遞送給所述用戶，并且補(bǔ)充聲音被界定以減少所述用戶所經(jīng)歷的所述暈動病。

歌爾科技在2017年提出CN108126341A，虛擬現(xiàn)實(shí)平臺的座椅包括VR頭顯設(shè)備和VR座椅運(yùn)動平臺?，F(xiàn)有的VR座椅運(yùn)動平臺，同一款游戲只對應(yīng)一組控制參數(shù)，游戲運(yùn)動數(shù)據(jù)通過線性轉(zhuǎn)換的方式輸出給運(yùn)動平臺產(chǎn)生運(yùn)動。該方法根據(jù)當(dāng)前用戶的身體參數(shù)，在預(yù)先建立的知識數(shù)據(jù)庫中確定虛擬現(xiàn)實(shí)平臺的座椅的初始運(yùn)動參數(shù)及各運(yùn)動參數(shù)對應(yīng)的增益系數(shù)，知識數(shù)據(jù)庫中存儲用戶身體參數(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)平臺的運(yùn)動參數(shù)、各動態(tài)生理參數(shù)安全閾值的對應(yīng)關(guān)系;在虛擬現(xiàn)實(shí)平臺按照初始運(yùn)動參數(shù)運(yùn)動的過程中，實(shí)時獲取用戶的動態(tài)生理參數(shù)數(shù)據(jù);根據(jù)動態(tài)生理參數(shù)數(shù)據(jù)、動態(tài)生理參數(shù)安全閾值及各增益系數(shù)實(shí)時調(diào)整座椅的運(yùn)動參數(shù)與用戶的畫面視野參數(shù)。實(shí)現(xiàn)針對不同年齡段、不同身體狀況的用戶，在虛擬現(xiàn)實(shí)平臺體驗(yàn)過程中自適應(yīng)調(diào)整運(yùn)動幅度，優(yōu)化用戶的體驗(yàn)效果，對于低強(qiáng)度用戶，不會有眩暈惡心等不舒適體感，而高強(qiáng)度的用戶能獲得極致效果帶來的快樂，從而提升用戶的體感體驗(yàn)，提高用戶留存度。

深圳奇境森林科技于2017年提出CN108096834A，包括（1）規(guī)劃運(yùn)動路徑;（2）創(chuàng)建自身參考系;（3）內(nèi)容互動;（4）圖像處理優(yōu)化。軟硬結(jié)合，通過硬件的動感適配和軟件內(nèi)容的技術(shù)優(yōu)化，基本可以消除體驗(yàn)者在體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容時產(chǎn)生的眩暈感。結(jié)合游戲內(nèi)容細(xì)化、體感設(shè)備調(diào)試、圖像處理技術(shù)綜合運(yùn)用，能適配不同游戲內(nèi)容，使用過程中僅需針對內(nèi)容本身特質(zhì)進(jìn)行參數(shù)微調(diào)即可。

小米科技于2017年提出CN106267820A，包括：根據(jù)預(yù)設(shè)場景參數(shù)，確定虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的多個游戲場景;其中，所述預(yù)設(shè)場景參數(shù)為不同參數(shù)值引起交互者產(chǎn)生不同眩暈程度的場景參數(shù)，所述虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的不同游戲場景引起交互者產(chǎn)生眩暈感的難易程度不同;根據(jù)用戶的頭暈等級，生成所述虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的所述多個游戲場景中的第一游戲場景，所述頭暈等級用于指示所述用戶進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)交互時產(chǎn)生眩暈感的難易程度。本方法使得不同頭暈等級的用戶在與同一虛擬現(xiàn)實(shí)游戲進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)交互時，都能夠獲得好的交互體驗(yàn)。

3 總結(jié)

從1962年出現(xiàn)第一臺虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，之后很長一段時間，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)程緩慢，從2015年起，虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的專利申請呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展一片大好的形勢下，很多人也表示了對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的擔(dān)憂：一是虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備價格昂貴，讓許多消費(fèi)者望而卻步;二是虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備對身體的傷害，如沉重的頭盔裝置帶來脊椎負(fù)擔(dān)，360度的全景式展現(xiàn)加重了暈動癥;三是虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備呈現(xiàn)的內(nèi)容需要把關(guān)。大部分廠商現(xiàn)階段在VR設(shè)備方面專利布局較多，然而在VR游戲內(nèi)容方面創(chuàng)新較少，VR游戲同質(zhì)化嚴(yán)重，缺乏創(chuàng)新。雖然如此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展還是在加速推進(jìn)虛擬場景和真實(shí)場景的相互融合，不久的未來，更加健康、更加輕便、更有沉浸感的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備將會成為人們生活的一個重要組成部分。

參考文獻(xiàn)

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