水塔
作者：苏靖涵
来源：《中国新通信》 2018年第24期
【摘要】 VR 技术为人机交互带来的全新的模式，目前已受到业界的广泛关注。本文通过文献调研的方法并结合思考与体会，对VR技术的相关内容进行介绍。
一、引言
随着信息时代技术的深入发展，半导体技术、通讯技术、计算机技术日新月异，以微电子技术为基础的数字信息化技术迅猛发展。但是人机交互目前仅仅以计算机语言为基础进行单维信息交互，而不是以人在自然进化过程所使用的多维感官。由此，人们开始寻求人机交互的多维度通道，虚拟现实技术逐渐发展起来并慢慢进入人们的视野。虚拟现实技术的发展虽处于萌芽状态，但其发展却颇受关注，甚至可以说虚拟现实成为21 世纪最受关注的行业之一。虚拟现实技术是基于计算机技术综合利用人机接口技术、数据库设计、控制科学与工程技术、应用心理学、动物行为学等多种科学创造出一种模拟真实环境
的三维环境，为用户提供一种“身入其境”的沉浸式感受的一种综合性的科学技术。使用者可以通过各种行为，如手势、语言等和计算机生成的虚拟环境进行人机交互，以实现人对虚拟环境的控制和计算机对虚拟环境进行再生成。
虚拟现实技术是人们探索世界、改造世界的一种新的途径，是计算机技术的发展和延伸。虚拟现实技术应用性强、可塑性高，在建筑、航天、教育等多个领域都有应用，具有重要的现实意义，本文便基于这个背景对虚拟现实技术进行介绍。
二、虚拟现实技术特征
虚拟现实技术致力于为用户提供一种沉浸式的环境，以便用户通过触觉、视觉、听觉等体验到由一个计算机等设备模拟现实而形成出的可以以假乱真的虚拟世界。虚拟现实技术的特点主要有三个，一是沉浸感，通过输出设备，虚拟现实技术能够对用户的听觉、视觉、触觉等进行欺骗，从而产生对现实世界的模拟效果。例如，通过输出设备，参与者能够在家中体验由计算机生成的虚拟沙滩而察觉不出它的真假，从而实现足不出户就能环游世界；二是交互性，在创造出的虚拟环境中给予用户人性化的人机交互界面和自然的反馈；三是构想性，用户在虚拟现实沉浸感和交互性的基础上，根据虚拟环境和人机交互产生对未来的构想，从而增强想象能力和创新能力。 三、虚拟现实技术设备
虚拟现实技术的硬件设备主要是显示设备、专用芯片和视觉交互设备。目前，VR 显示设备主要有3D 立体眼镜、头盔显示器、全息影像设备、三维显示设备和环幕等，其中最典型的显示设备当属头盔显示设备。一般情况下，头盔显示设备上均有头部运动跟踪装置，参与者可以通过佩戴该设备对计算机实现自然信息下的人机交互，头盔显示设备可根据用户的头部运动，计算出用户当前姿势并虚拟化，将其显示在头盔显示设备的屏幕上。该设备的典型代表有：
（1）谷歌推出的纸壳式眼镜。该类设备并不自带计算设备和显示器，用户需将智能手机等设备放置在位于镜片后方的托盘中，通过一对凸透镜将手机显示器上的画面呈递到双眼来形成三维效果，此类设备一般廉价而性能较差，是性能妥协的典型代表；
（2）以Oculus Rift 为代表的以电脑用作主要虚拟现实内容计算和正常运行的头盔显示设备。该设备可以实现用户高自由度头部运动来进行人机交互，可以带给参与者大幅度的沉浸感；
（3）以微软的HoloLens 为典型代表，集合计算、储存、显示、人机交互为一身的一体机头盔，是最为传统的虚拟现实设备。该类设备以高性能著称，但该类设备体积较大，价格昂贵。
目前，各大国际性芯片制造厂商正在积极开发研制虚拟现实芯片。AMD 的图形芯片部门曾推出LiquidVR，该工具具有异步着引擎设备、多GPU 异步渲染、数据锁定等许多新型功能，可以以低延迟实现优质画面的生成，为参与者提供更加优质的沉浸体验。NVIDIA 曾推出过针对设计开发人员的D
esignWorksVR 和针对游戏研发人员的GameworksVR，这些工具可以加强VR 的立体渲染性能。高通公司曾推出过可以大幅度提高虚拟现实设备沉浸感的首个64 位四核CPUSnapdragon 820。
此外，为了构建具有更为逼真的虚拟环境，建模工具在虚拟现实技术中的应用也越来越重要。现如今，虚拟现实建模工具主要分为三大类：一是支持动画制作的建模工具，其代表有Pixar 公司的Photorealistic, 支持大量第三方插件的在游戏制造业和工业上应用广泛的Discreet 公司的3DStudio Max, 在影视制造行业应用广泛的高端三维动画制作工具Alias 公司的Maya 等；二是支持虚拟物体物理建模的工具，其代表有MultiGen-Paradigm 公司研发制作的具有多边行建模、精确生成大规模地形、矢量建模的支持建立优质的三维模型的交互式三维建模软件MultiGen Creator，能够通过输入特定的景物特征数据的属性信息，进而直接生成相应的景物特征的可以对矢量景物信息进行交互式信息处理的CreatorTerrain Studio，适用于实时虚拟现实系统的能够对支持动画制作的三维数据格式进行转换的Polytrans；三是支持实时绘制建模工具。
应急灯电路 虚拟现实力触觉交互设备是虚拟现实技术的又一项重要的技术设备，该设备能够很好地在虚拟环境中模拟视觉、听觉之外的力觉和触觉。该设备对虚拟现实技术意义重大，但目前的研究尚处于初级阶段。东京大学曾研究出一种能感应探测出施加在表面上的力的方向和大小的酷似人类外皮层组织的新型传感器，通过该传感器，人类能够研制出近似于人类力觉的机械手臂。通过静电力反馈，剑桥大学、美国迪斯尼研究中心、NOKIA 实验室等多家机构分别开发出了ET、TeslaTouch 等表面触觉反馈
系统，该类设备能在触觉显示屏上再现触觉纹理。
四、虚拟现实技术应用
虚拟现实技术是一种需要多领域结合的综合性技术，因此具有广泛的应用性。虚拟现实技术综合计算机学、电子学、控制学、数学、心里学等多种学科的科研成果，同时在多领域中具有非常广泛的应用。当前，虚拟现实技术的应用主要集中在培训、设计和娱乐3 个方面。
虚拟现实技术最早的应用是在军事领域。1929 年，LinkE.A. 成功研制出了一种飞行模拟器，该设备能为参与者提供对飞行模拟体验，该设备的成功研发为人类虚拟现实技术中对模拟现实物理设备的发展提供一个萌芽。现如今，虚拟现实技术已被美国国防部列为21 世纪最能保证美军优势的七大重要技术之一。早在上世纪80 年代，美国国防部就开始虚拟现实技术有关项目的创建，美国国防部和美国陆军于1983 年联合制定实施了SIMNET 计划，纵观人类历史，SIMNET 是历史上真正意义上第一个分布式虚拟环境。随着时代的进步，计算机技术的发展和军事仿真训练需要条件的不断提高，军事化模拟训练的分布式虚拟战场也在逐渐发生着较大的变化，目前最具有里程碑式意义的虚拟战场环境当属“虚拟之旗”。
虚拟现实技术在医学领域也有着广泛的应用。波兰的医疗团队曾利用谷歌技术和虚拟现实技术对一名49 岁的男性患者进行手术；此外，虚拟现实技术在暴露疗法中也有着重要的应用，VR 技术可
以创造模拟的环境供患者进行体验操控，帮助患者摆脱逃避和恐惧的心理；同时，虚拟现实技术还可以帮助患者减轻过程中的疼痛，通过虚拟的环境来分散患者注意力，取得了较好的效果。
五、虚拟现实技术发展趋势
压力维持阀 5.1 VR 全景内容更充实
Omnivirt 的研究报告指出，VR 技术的发展在近几年更加侧重于全景内容的展示，其参与度已经超过了普通的显示内容，而且呈现的内容和质量也在逐渐提升。目前，虚拟现实技术的公司也更加侧重于全景设备和应用的开发，也成为了VR 技术未来发展的重要趋势。
5.2 虚拟现实开发者崛起
虽然现在虚拟现实技术越来越受到业界的重视，也有许多公司开发了相应的显示和操作设备，但却没有足够的软件来与硬件进行匹配。例如：虚拟现实游戏虽然受到了大家的广泛关注，但市面可供选择的游戏却相对较少。在未来，虚拟现实技术的人才需求会不断增加，许多科技公司也开始进行VR 虚拟现实技术相关应用和内容的开发工作。
5.3 更注重用户的沉浸式体验
对于虚拟现实技术而言，最重要的事情就是如何将虚拟环境做到更加逼真。目前，虚拟现实技术设备已经可以做到360 度音频播放，为用户带来更为真实的音频感受。与此同时，虚拟现实设备还加强了嗅觉和触觉的体验，让用户更进一步感受到身临其境的沉浸式体验。
5.4 虚拟现实产品成本下降且实用性增强
免清洗助焊剂 虚拟现实设备未能完全普及大众的一大主要原因便是价格昂贵，但在2017 年，HTC 公司与Oculus 公司将VR 产品价格下调了200 美元，开始了价格战。在未来，虚拟现实技术的相关产品价格将会进一步下降，变得更加普及，最终走入千家万户。
穿戴式步态分析仪 六、小结
虚拟现实技术目前已在各个领域都有着广泛的应用，随着技术的不断完善，虚拟现实行业会为人们带来更多惊喜的产品，其未来的发展趋势也是十分令人期待的。制作无纺布手提袋
