虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電腦游戲中的有效應(yīng)用

齊建亮

（南京視覺藝術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 211215）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自誕生以來便受到人們的高度關(guān)注，其主要是以計(jì)算機(jī)為載體構(gòu)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(xiàn)實(shí)技術(shù)在電腦游戲領(lǐng)域得到有效應(yīng)用，能夠在創(chuàng)新電腦游戲形式的同時(shí)，為用戶創(chuàng)造更為逼真的游戲環(huán)境。正因此，探討電腦游戲中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有效應(yīng)用，對促進(jìn)電腦游戲領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展有著重要影響。

1 電腦游戲中虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

1.1 體感交互技術(shù)

以往電腦游戲中角色操控需借助鼠標(biāo)、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(xiàn)不相符的情況；②難以學(xué)習(xí)，使得電腦游戲與用戶之間存在交互障礙。得益于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用，可利用體感交互技術(shù)來取代以往鼠標(biāo)鍵盤的復(fù)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(dá)到角色操控的目的。相較于常規(guī)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(jìn)行游戲者動作捕捉，如通過布設(shè)攝像頭進(jìn)行游戲者動作、姿勢捕捉，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后轉(zhuǎn)變?yōu)橛螒蚪巧珜?shí)際動作表現(xiàn)，且計(jì)算機(jī)環(huán)境執(zhí)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(shù)進(jìn)行游戲者動作捕捉，用于人體關(guān)鍵點(diǎn)位置信息的捕捉點(diǎn)設(shè)置通常超過15個，以計(jì)算機(jī)為載體進(jìn)行游戲者捕捉動作的交互。

為實(shí)現(xiàn)對動作檢測效果的強(qiáng)化，還可借助特殊色彩裝置的佩戴進(jìn)行檢測增強(qiáng)，如手套、眼鏡、帽子、鞋子等[2]，或者是讓游戲者攜帶安設(shè)無線發(fā)射與傳感裝置的手持設(shè)備，將識別的人體動作發(fā)送至計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換為控制命令，實(shí)現(xiàn)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(shù)

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(shù)的應(yīng)用具有至關(guān)重要的作用[3]。目前，電腦游戲中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用主要借助頭盔式顯示器、臺式立體顯示器來增強(qiáng)游戲的沉浸性。其中臺式立體顯示器的應(yīng)用主要以顯示屏幕為載體進(jìn)行左右眼視圖生成，且視圖呈現(xiàn)出頻率左右交替的形式。屏幕中對應(yīng)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(yīng)用則是采用機(jī)械固定的方式將顯示器固定于用戶頭部位置，此時(shí)用戶頭部與顯示器之間呈現(xiàn)出相對靜止的狀態(tài)，用戶雙眼分別接受來自不同顯示器發(fā)送的圖像，并通過“雙眼視差”的形成來營造立體環(huán)境。同時(shí)，依托跟蹤裝置的安設(shè)，可實(shí)現(xiàn)在游戲過程中進(jìn)行用戶頭部實(shí)時(shí)跟蹤，計(jì)算機(jī)接收到來自頭部的信息后自動進(jìn)行三維視場的轉(zhuǎn)變，以確保三維場景能夠隨著用戶視角改變而動態(tài)變化。相較于臺式立體顯示器應(yīng)用，頭盔式顯示器的應(yīng)用能夠?yàn)橛脩籼峁┏两降挠螒蝮w驗(yàn)。

三維虛擬聲音是為游戲者創(chuàng)造真實(shí)游戲環(huán)境的關(guān)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(huán)境不同位置時(shí)產(chǎn)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(zhǔn)辨別出聲源的具體方位[4]。通過對真實(shí)聽感的營造讓用戶沉浸于游戲中。

1.3 觸覺反饋技術(shù)

觸覺反饋是指計(jì)算機(jī)可在人機(jī)交互期間對操作者的輸入形成有針對性的響應(yīng)，借助反饋設(shè)備對操作者進(jìn)行觸覺或力的反饋。在虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中，以用戶信息提供為依據(jù)進(jìn)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(yùn)動借助相關(guān)技術(shù)手段進(jìn)行處理，并利用反饋裝轉(zhuǎn)化為物理設(shè)備的機(jī)械運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)在游戲操作過程中讓用戶體驗(yàn)到真實(shí)的方向感、力度反饋等。針對觸覺反饋而言，受到技術(shù)限制、研發(fā)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(huán)境變化等，無法在游戲中為用戶提供真實(shí)材質(zhì)或紋理觸感等。

2 電腦游戲與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相互融合

2.1 真實(shí)環(huán)境模擬

場景創(chuàng)造是游戲世界的基礎(chǔ)架構(gòu)，場景能否真實(shí)、逼真營造，直接影響到用戶的體驗(yàn)度與沉浸效果[6]。通常情況下，可采用多邊形擬合的方式進(jìn)行場景模型的外形創(chuàng)造，并通過外表材質(zhì)與光照模擬來達(dá)到模型真實(shí)感營造的目的。為此可充分利用三維造型軟件進(jìn)行游戲場景的營造，依托數(shù)據(jù)模型構(gòu)建來創(chuàng)造三維立體的場景模型。通過幾何建模與形象建模來構(gòu)建契合游戲場景的三維模型，并針對室外場景與室內(nèi)場景進(jìn)行建模技術(shù)的針對性應(yīng)用。在當(dāng)前電腦游戲場景營造中，室外場景建模的應(yīng)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(xiàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電腦游戲中的融入，能夠以多元感知來增強(qiáng)用戶對游戲的沉浸感。作為虛擬現(xiàn)實(shí)概念的最早提出者，杰蘭·拉尼最初設(shè)想是以計(jì)算機(jī)為載體，構(gòu)建一個集成嗅覺、觸覺、聽覺以及視覺的三維世界，借助相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，以自身視角進(jìn)行虛擬世界的交互與瀏覽，實(shí)現(xiàn)在三維世界中獲取多重感官刺激以及浸入式體驗(yàn)。例如，美國曾利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來治療戰(zhàn)后精神紊亂的士兵，通過在手臂、胸部、手等位置進(jìn)行傳感器的安設(shè)，佩戴特制護(hù)目鏡與手柄，讓士兵進(jìn)入虛擬的戰(zhàn)場環(huán)境。游戲中能夠?qū)?zhàn)爭場景進(jìn)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(dāng)士兵處于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中時(shí)，能明顯出現(xiàn)呼吸急促、心跳加速等變化。以《全光譜戰(zhàn)士》為原型，結(jié)合實(shí)際戰(zhàn)爭情況進(jìn)行第一人稱設(shè)計(jì)游戲的改變，能夠通過讓士兵重返戰(zhàn)場來達(dá)到“浸入式”心理治療的目的。做到以虛擬情境為載體，充分調(diào)動游戲者的視覺、聽覺以及觸覺，引導(dǎo)精神紊亂癥士兵能夠直面內(nèi)心恐懼。通過多感知性表現(xiàn)來增強(qiáng)電腦游戲的真實(shí)性、沉浸性，讓用戶在游戲參與過程中擁有更好游戲體驗(yàn)。

2.3 自主性表現(xiàn)

自主性表現(xiàn)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電腦游戲中應(yīng)用的關(guān)鍵所在，所謂自主性，是指以物理定律為基準(zhǔn)來控制虛擬環(huán)境中物體的運(yùn)動，以確保物體動作能夠符合真實(shí)物理定律。其中物理系統(tǒng)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)物體運(yùn)動規(guī)律控制的關(guān)鍵所在，通過碰撞檢測來控制物體規(guī)律運(yùn)動，在探測物體物理邊緣的前提下，以對物體運(yùn)動規(guī)律的遵循來增強(qiáng)用戶體驗(yàn)感受。如游戲中存在3D物體碰撞情況，利用物理系統(tǒng)來確定物理邊緣，繼而依照物理運(yùn)動規(guī)律來控制物體運(yùn)動，防止物體出現(xiàn)相互穿透的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)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(shí)空內(nèi)占據(jù)同一區(qū)域，若物體間碰撞未出現(xiàn)任何反應(yīng)，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(huán)境的真實(shí)體驗(yàn)。

2.4 利用虛擬仿真技術(shù)制作角色模型

電腦游戲中人物角色是關(guān)鍵組成要素之一，而原畫繪制則是游戲設(shè)計(jì)中不可缺失的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而縱觀當(dāng)前游戲設(shè)計(jì)與制作中，部分開發(fā)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(xiàn)角色抄襲現(xiàn)象，或者是相關(guān)角色的設(shè)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(fèi)時(shí)間增多，并影響電腦游戲的整體體驗(yàn)感。而得益于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對原畫繪制、模型制作效率的提升，并依托于該技術(shù)將角色模型控制在標(biāo)準(zhǔn)比例。如借助ZBrush軟件進(jìn)行游戲設(shè)計(jì)，可在保證游戲建模質(zhì)量符合要求的前提下，創(chuàng)造出符合游戲整體情境的人物角色。以《生化危機(jī)》VR版為例，該游戲中涉及大量變異人角色的創(chuàng)造，而其中大部分角色需要以人體比例為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為保證游戲人物的真實(shí)性，需在游戲設(shè)計(jì)時(shí)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行骨骼繪制，構(gòu)建契合人物角色的人物模型。需注意，游戲角色的設(shè)計(jì)還需結(jié)合游戲場景要求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，避免因模型比例失真而影響到角色的真實(shí)性。

3 電腦游戲中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用障礙

3.1 硬件設(shè)備問題

要想提升用戶對VR游戲的認(rèn)同度，需要以游戲場景的清晰體現(xiàn)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(xiàn)階段我國電腦游戲中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用，其中硬件設(shè)備尚待更新、優(yōu)化的問題最為關(guān)鍵。在設(shè)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(xiàn)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(shí)際感官體驗(yàn)的情況。另外，在主機(jī)配置較差前提下，極易出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)處理延時(shí)的情況，如用戶下達(dá)動作指令未得到第一時(shí)間響應(yīng)，用戶實(shí)際操作與游戲中角色人物運(yùn)動出現(xiàn)不同步現(xiàn)象，進(jìn)而影響到用戶體驗(yàn)感。盡管現(xiàn)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(shí)質(zhì)性進(jìn)展，過于沉重的設(shè)備使得用戶在參與游戲過程中極易產(chǎn)生疲勞感。此外，因設(shè)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(xì)膩的畫面，甚至存在人物素點(diǎn)可用肉眼觀看的情況，不僅影響到游戲整體體驗(yàn)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(xiàn)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(dǎo)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(shí)，需要以更大的活動空間來支撐游戲體感實(shí)現(xiàn)，但實(shí)現(xiàn)中因設(shè)備的限制使得用戶無法隨意行動。理論上，需在VR游戲中進(jìn)行人體所有行動、動作的全面還原，而萬向行走墊的應(yīng)用盡管可幫助用戶實(shí)現(xiàn)站立、跑蹲等動作狀態(tài)，但無法支撐用戶跳躍動作的實(shí)現(xiàn)。另外，鍵盤鼠標(biāo)以及手柄的應(yīng)用，難以在游戲中為用戶提供真實(shí)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(qiáng)用戶在游戲中的輸入能力，但實(shí)際震動反饋以及視覺效果仍未得到明顯提升。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)

要想進(jìn)一步發(fā)揮出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電腦游戲的作用與功能，首先需從硬件技術(shù)水平的提升入手，重視對設(shè)備輕量化、無線化的開發(fā)與研究。針對游戲顯示而言，可借助焦點(diǎn)可調(diào)顯示技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行游戲顯示改善，做到將虛擬內(nèi)容以多個焦平面為載體進(jìn)行投影顯示，以避免因用戶長時(shí)間參與游戲而造成視覺疲勞?；蛘呤墙柚苿訄D像渲染來達(dá)到可視性能優(yōu)化的目的。另外，需為VR游戲提供更高分辨率設(shè)備，并將VR設(shè)備的刷新率控制在150～240 fps范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)以高清視覺體驗(yàn)來營造真實(shí)情境。而要想支撐高分辨率、高刷新率設(shè)備的運(yùn)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(yōu)化開發(fā)，在保證開發(fā)成本符合預(yù)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(tǒng)來實(shí)現(xiàn)游戲交互性的增強(qiáng)。

5 結(jié)束語

綜上所述，電腦游戲已經(jīng)取代電視、電影等成為現(xiàn)代民眾的主要娛樂形式，并對我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著促進(jìn)作用。電腦游戲與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有機(jī)融合，可在促進(jìn)電腦游戲在形式創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，為用戶提供更為理想的體驗(yàn)感。鑒于此，為進(jìn)一步促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與電腦游戲的融合，需在明確虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，總結(jié)現(xiàn)階段電腦游戲中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用阻礙，提出針對性的措施來促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的優(yōu)化設(shè)計(jì)制作，為我國游戲市場的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供支撐。■