VR/AR應(yīng)用場景及關(guān)鍵技術(shù)研究

肖艷波

（1.中國礦業(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）

增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅能夠集中提升信息化與現(xiàn)實環(huán)境的交互強度，同時也能夠進一步推動沉浸式數(shù)字應(yīng)用相關(guān)需求的不斷增長。因此為了能夠更好地提升虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)進一步提升自身的技術(shù)應(yīng)用思路，通過結(jié)合國內(nèi)外先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)和增強現(xiàn)實相關(guān)案例和技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗作為自身的理論基礎(chǔ)，同時也能夠針對目前國內(nèi)在技術(shù)應(yīng)用中存在的實際問題作為切入點，最終進一步解決關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用問題，從而更好地構(gòu)建科學(xué)適用的相關(guān)場景，并為人民生活提供更多的生活便利。

1 虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實相關(guān)內(nèi)容探究

1.1 虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的概念

在實際的虛擬技術(shù)應(yīng)用過程中，相關(guān)技術(shù)人員一般通過計算機視覺作為整體內(nèi)容的主要呈現(xiàn)方式，同時結(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，從而最終實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的真實感提升。在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實的過程中，通過借助相關(guān)頭戴設(shè)備的使用，相關(guān)人員能夠通過依靠自己的視覺在腦中隔離出一個新的世界，這個世界通過信息構(gòu)成模擬環(huán)境，并進一步對用戶的其他感官進行刺激。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展主要依托于計算機仿真技術(shù)的深化延伸，并且在圖形學(xué)等方面進行融合，最終為用戶提供更加多感知性和存在感的新鮮體驗，同時也使得整體虛擬世界的獨特自主交互性被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)的信息化發(fā)展過程中。

增強現(xiàn)實技術(shù)作為一種基于現(xiàn)實和攝像設(shè)備的新型信息技術(shù)，主要通過攝像機實時針對整體的拍攝角度和具體位置進行計算和評估，然后在計算過程中加入虛擬的相關(guān)信息數(shù)據(jù)并在屏幕上進行呈現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)。這樣的技術(shù)不僅能夠更好地實現(xiàn)虛擬內(nèi)容設(shè)計在現(xiàn)實世界的有效且深度嵌套，同時還能夠進一步加強虛擬世界和現(xiàn)實世界之間的聯(lián)系和互動。在實際的增強現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展過程中經(jīng)常表現(xiàn)出以下3個方面的基本特點。第一是整體的技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新都主要基于真實世界和虛擬世界的信息集成，因此在實際的技術(shù)研發(fā)過程中主要發(fā)展的都是兩種世界和相關(guān)內(nèi)容的融合發(fā)展。第二，對于虛擬世界和現(xiàn)實世界的交互，一般具有較強的實時性，因為只有整體的信息交流和反饋速度夠強，才能夠縮短兩種信息之間的變化和響應(yīng)延遲，為進一步提升整體增強現(xiàn)實質(zhì)量起到深遠(yuǎn)的積極促進作用。第三，在實際的三維空間當(dāng)中，對于增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用能夠更好地提升虛擬物體的定位屬性，同時進一步提升虛擬物體的真實感和融入感。并且由于現(xiàn)實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)實世界的相關(guān)背景進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)實的新型體驗起到深遠(yuǎn)的積極催進作用。

1.2 虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)分類探究

在實際的虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的技術(shù)開發(fā)過程中，主要通過以下幾個方面進行分類。第一，通過相關(guān)計算機形成的三維交互場所構(gòu)建，不僅能夠更好地提升對于鼠標(biāo)以及力矩球相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用程度，同時也能夠結(jié)合屏幕進一步呈現(xiàn)虛擬世界的更多細(xì)節(jié)，同時也可以更好地提升現(xiàn)實與虛擬的融合。這樣的技術(shù)分類能夠在較為簡單的技術(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)用成本相對較低，因此在環(huán)境干擾抗性方面相對性能較弱。第二，主要是分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人員通過結(jié)合分布式的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞形式進一步提升整體虛擬現(xiàn)實世界與用戶之間的交互性，并且用戶和用戶之間也能夠更加高效地進行信息共享。這樣的技術(shù)，人類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)用成本投入相對很高，因此被更多的應(yīng)用在專業(yè)領(lǐng)域。第三，主要是沉浸式增強現(xiàn)實的有效應(yīng)用，這樣的技術(shù)主要通過結(jié)合虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的共同融合，在給予實際現(xiàn)實世界的整體數(shù)據(jù)信息作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要基礎(chǔ)，并結(jié)合增強現(xiàn)實對于整體交互能力的進一步融合，從而為用戶提供了一個極為真實有效的交互環(huán)境體驗。這樣的技術(shù)分類雖然能夠大幅度提升整體用戶的交互和摻進體驗，但是比較依賴大量設(shè)備的協(xié)同使用，因此對于混合技術(shù)和硬件設(shè)備的操作能力要求較高，同時整體技術(shù)的開發(fā)成本極高，因此仍然處于起步階段。

2 虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的應(yīng)用場景探究

2.1 游戲娛樂場景的有效應(yīng)用

在實際的虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)實際應(yīng)用過程中，游戲娛樂場景作為主要的技術(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，同時也對于生活當(dāng)中的相關(guān)應(yīng)用場景和發(fā)展方向起到了極大的推動作用。目前頭戴式的相關(guān)虛擬現(xiàn)實技術(shù)頭戴設(shè)備能夠很好地支持玩家在實際的虛擬世界當(dāng)中完成高質(zhì)量的沉浸，并進一步擺脫鍵盤鼠標(biāo)和手柄進行操作的舊游戲操作模式，轉(zhuǎn)而朝向虛擬控制和手勢命令的全新發(fā)展方向。在實際的游戲娛樂場景設(shè)計過程中，相關(guān)技術(shù)人員通過結(jié)合增強現(xiàn)實技術(shù)的有效應(yīng)用，進一步將用戶使用的頭戴設(shè)備顯示功能進行優(yōu)化，從而更好地提升整體游戲視角，并結(jié)合雙目攝像以及動畫展示等方面的有效應(yīng)用最終實現(xiàn)更加逼真有效的游戲娛樂體驗。除此之外，電影拍攝過程中對于相關(guān)特效和動畫的設(shè)計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)實技術(shù)的相關(guān)成像技術(shù)進一步提升整體電影在拍攝手段創(chuàng)新過程中的相關(guān)經(jīng)驗。

2.2 商業(yè)服務(wù)類應(yīng)用場景

在實際的虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用過程中，對于數(shù)字科技館和博物館相關(guān)功能的進一步提升，不僅能夠更好的結(jié)合相關(guān)的人機互動設(shè)備進一步提升參觀人員的整體游覽質(zhì)量，同時還能夠提升游覽人員對于相關(guān)注意事項和實際問題的反饋速度，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)人員還通過引用增強現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)功能，進一步增加了對于虛擬展覽館的構(gòu)建，這不僅能夠更好的給予現(xiàn)實條件的相關(guān)布景提升整體虛擬展館的真實性和沉浸感，同時也在另一方面提升了展覽館內(nèi)相關(guān)展示內(nèi)容的虛擬化和動態(tài)化特點，從而為游覽人員展出不一樣的歷史和文化內(nèi)涵，并最終為進一步提升文化遺產(chǎn)的保護和宣傳質(zhì)量起到積極促進作用。

相關(guān)的虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)還可以應(yīng)用在醫(yī)學(xué)的相關(guān)領(lǐng)域，不僅能夠針對目前出現(xiàn)的案例較少的疑難雜癥進行更加多元化真實化的案例分析，同時還能夠更好的構(gòu)建虛擬手術(shù)臺，為醫(yī)生進一步提升自身的手術(shù)經(jīng)驗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)類場景的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的有效應(yīng)用場景還包括對于各種生活服務(wù)類場景，首先隨著人民日常生活質(zhì)量的進一步提升，旅游作為必要的娛樂項目已經(jīng)逐步成為人民的日常娛樂之一。而通過結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的有效應(yīng)用不僅能夠使得虛擬旅游得以實現(xiàn)，同時還能夠結(jié)合地理信息系統(tǒng)的有效融合進一步提升整體旅游過程中的實際質(zhì)量。在實際的虛擬旅游構(gòu)建過程中，相關(guān)技術(shù)人員通過結(jié)合全景技術(shù)生成系統(tǒng)有效提升虛擬環(huán)境信息與實際世界的交互性，從而更好地加強了使用人員的沉浸感。

除此之外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的另一大應(yīng)用途徑就是對于智能家居的相應(yīng)發(fā)展和融合，這不僅體現(xiàn)在相關(guān)技術(shù)人員通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行控制整體家居設(shè)備的使用和狀態(tài)改變，同時也在另一方面結(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)使用人員可以通過顯示設(shè)備實時對室內(nèi)的設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)進行直觀掌握和進一步調(diào)控，從而極大提升使用人員的操控質(zhì)量。對于穿戴式醫(yī)療設(shè)備的有效使用不僅能夠進一步結(jié)合增強現(xiàn)實技術(shù)，提升整體遠(yuǎn)程醫(yī)療的準(zhǔn)確度，同時也提升了居住人員的生活質(zhì)量和體驗。

3 虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)探究

3.1 數(shù)據(jù)采集與優(yōu)化傳輸技術(shù)

在實際的虛擬現(xiàn)實技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用過程中，對于數(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)合以下三個方面進行整體數(shù)據(jù)的獲取。第一，在實際進行高動態(tài)度和多維度的相關(guān)圖像拍攝時，更多的使用全向相機進行拍攝，這不僅能夠更好地采集更多的動態(tài)數(shù)據(jù)，同時也能夠進一步提升整體的畫面呈現(xiàn)細(xì)節(jié)。第二，在進行相關(guān)動作變化畫面記錄和呈現(xiàn)過程中更多的使用高速攝像機進行實時跟拍，提升對于動態(tài)信息數(shù)據(jù)的捕捉數(shù)量，進一步優(yōu)化整體技術(shù)的仿真程度。第三，在進行相關(guān)的時變數(shù)據(jù)時，為了能夠更好地提升對于多維度數(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，同時也有利于實現(xiàn)整體設(shè)備的低能耗和低延遲目標(biāo)，同時在實際傳輸和處理過程中盡可能做到數(shù)據(jù)的可靠性不降低。

3.2 觸力覺反饋技術(shù)

為了能夠進一步加強周圍環(huán)境對于使用人員的互動真實性，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)進一步針對觸覺和力覺兩個方面入手進行整體反饋系統(tǒng)的進一步優(yōu)化。首先技術(shù)人員通過結(jié)合控制桿的反作用力將整體的虛擬物體的運動軌跡與真實物體的運動狀態(tài)進行匹配，為之后的力學(xué)反饋打下基礎(chǔ)。除此之外，通過對于數(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，能夠進一步保證整體增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用始終處于給予真實物體反饋的數(shù)據(jù)范圍之內(nèi)。這樣的工作形式開展不僅能夠更好地提升交互設(shè)備對于使用人員的感知觸覺真實性，同時也能夠結(jié)合手勢識別得更快數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)運行過程中，進一步降低視覺與觸覺之間協(xié)同運行的誤差，提升使用人員自身的沉浸感和真實感，同時也在另一方面加強了操作人員對于實際指令發(fā)出的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

總而言之，在國家和社會對于信息化新型技術(shù)進一步深化發(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)進一步提升自身的工作主觀能動性，從而更好地響應(yīng)國家提出的相關(guān)政策要求，進一步構(gòu)建符合社會發(fā)展和人民實際生活的更為廣泛的應(yīng)用場景，不僅能夠有效提升信息化發(fā)展趨勢下整體線上線下資源的進一步綜合，同時也能夠更好地提升國家在經(jīng)濟發(fā)展過程中對于區(qū)域內(nèi)資源調(diào)配效率，為未來信息化社會的發(fā)展做出屬于自己的一份貢獻。