導語

VR是Virtual Reality的縮寫,中文的意思就是虛擬現實,概念是在80年代初提出來的,其具體是指借助計算機及最新傳感器技術創造的一種嶄新的人機交互手段。經過了數十年的積累和發展,當下的人們對VR已經越來越了解,對于VR技術的應用也越來越成熟。如今,VR技術已經廣泛的應用到了游戲、娛樂、醫療、教育、房產等各個領域,并且受到了人們的歡迎。很多人都開始認為,VR技術是人類下一代的操作平臺,將會徹底改變人們以往的操作習慣,這是一項引領人類科技發展的技術。那么VR技術到底經歷了怎樣的發展歷程,如今又有什么樣的應用呢?那么就跟隨本期專題,一起了解一下吧!

VR技術發展史
對于很多人來說,VR還是一個新技術,但是實際上,早在上個世紀四十年代左右,虛擬現實這個概念就已經出現了,后來經過數十年的積累和發展,才成為如今備受推崇的VR技術??偟脕碚f,VR技術的發展歷史可以分為以下幾個階段。
VR技術的模糊幻想階段
VR技術的模糊幻想階段

關于“虛擬現實”這個詞的起源,目前最早可以追溯到1938年法國劇作家知名著作《戲劇及其重影》,在這本書里阿爾托將劇院描述為“虛擬現實(la réalité virtuelle)”。人類對科技的挺進,最先都是基于文學或者藝術作品體現出來。先由一個作家在一個作品提出,接著會有另外一個作家在另一個作品里完善,慢慢把大家人類在發展過程中所遇到的需求包裝成科幻作品提了出來,等待這偉大的科學家來實現。1950年的時候,美國科幻作家雷·道格拉斯·布萊伯利開始在小說《大草原》一文中提到VR旅游的橋段了。

VR技術的萌芽發展階段

有資料顯示,1956年,具有多感官體驗的立體電影系統Sensorama就被開發。但目前的多方面資料認為,莫頓·海利希是在1960年才獲得Telesphere Mask專利的,這個專利圖片看起來跟今天的VR頭顯差不多。到了1967年,Morton Heilig才構造了一個多感知仿環境的虛擬現實系統,這套被稱為Sensorama Simulator的系統也是歷史上第一套VR系統。由莫頓·海利希(Morton Heilig)開始,虛擬現實繼續在文學領域發酵,同時也有科學家開始介入研究。經過這幾個人的努力,VR終于從科幻小說走出來,面向現實,并開始出現了實物的雛形。

什么是VR?
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VR概念的產生和理論的形成

在1973年,Myron Krurger提出“Virtual Reality”概念后,對于這一塊的關注開始逐漸增多。在整個20世紀80年代,美國科技圈開始掀起一股VR熱,VR甚至出現在了《科學美國人》和《國家尋問者》雜志的封面上。但在80年代最為著名的,莫過于VPL?Research。這家VR公司由VR先行者Jaron Lanier在1984年創辦,隨后推出一系列VR產品,并再次提出“Virtual Reality”這個詞,得到了大家的正式認可和使用。Jaron Lanier被成為”虛擬現實之父“載入了史冊。到了90年代,VR熱開啟第一波的全球性蔓延。與此同時,虛擬現實在全世界得到進一步的推廣,盡管得不到市場的認可,但大大豐富了訊現實領域的技術理論。

VR技術的靜默醞釀期

在21世紀的第一個十年里,手機和智能手機迎來爆發,虛擬現實仿佛被人遺忘。盡管在市場嘗試上不太樂觀,但人們從未停止在VR領域的研究和開拓。索尼在這段時間推出了3公斤重的頭盔,Sensics公司也推出了高分辨率,超寬視野的顯示設備piSight,還有其他公司,也在連續性推出各類產品。由于VR技術在科技圈已經充分擴展,科學界與學術界對其越來越重視,VR在醫療、飛行、制造和軍事領域開始得到深入的應用研究。

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VR元年的井噴

2012年8月,19歲的Palmer Luckey把Oculus Rift擺上了眾籌平臺Kickstarter的貨架,短短的一個月左右,就獲得了9522名消費者的支持,收獲243萬美元眾籌資金,使得公司能夠順利進入開發、生產階段。兩年之后的2014年,Oculus被互聯網巨頭Facebook以20億美金收購,該事件強烈刺激了科技圈和資本市場,沉寂了那么多年的虛擬現實,終于迎來了爆發。在中國,VR雖然在硬件圈一直很火,但在2015年之前,都還沒有進入主流的IT圈,以導致這段時間很多南方的硬件公司融不到錢死去了一大半。直到2015年年末,主流科技媒體再次把VR扶到了元年的位置上,虛擬現實正式成為”風口“,由此拉開了轟轟烈烈的VR創業淘金運動。

VR的關鍵技術
VR是一個將多項技術進行整合,然后呈現在用戶面前的技術,它所涉獵的技術之廣、對相關行業要求之嚴格,也是十分突出的。尤其是在視覺、聽覺以及實現形式等方面,都有著極為嚴苛的要求。
VR設備
parameters
一般的虛擬現實設備至少包含一個顯示屏、一組感測器及一組計算組件,這些東西被組裝在這個設備中.顯示屏用來顯示仿真的視頻,投射在用戶的視網膜上、感測器則用來感知用戶的旋轉角度、計算組件則收集感測器的數據,決定顯示屏顯示的畫面為 何。額外的設備可能包括一臺高級電腦,用以補充計算組件的不 足. 也可能有一對把手及定位器,用以偵測用戶的位置。
實時三維計算機圖形
parameters
相比較而言,利用計算機模型產生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足夠準確的模型,又有足夠的時間,我們就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像,但是這里的關鍵是實時。例如在飛行模擬系統中,圖像的刷新相當重要,同時對圖像質量的要求也很高,再加上非常復雜的虛擬環境,問題就變得相當困難。
顯示
parameters
在VR系統中,雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產生的,顯示在不同的顯示器上。有的系統采用單個顯示器,但用戶帶上特殊的眼鏡后,一只眼睛只能看到奇數幀圖像,另一只眼睛只能看到偶數幀圖像,奇、偶幀之間的不同也就是視差就產生了立體感。
聲音
parameters
人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上,我們靠聲音的相位差及強度的差別來確定聲音的方向,因為聲音到達兩只耳朵的時間或距離有所不同。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現的,所以會有一種方向感?,F實生活里,當頭部轉動時,聽到的聲音的方向就會改變。但目前在VR系統中,聲音的方向與用戶頭部的運動無關。
感覺反饋
parameters
在一個VR系統中,用戶可以看到一個虛擬的杯子。你可以設法去抓住它,但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺,并有可能穿過虛擬杯子的“表面”,而這在現實生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是在手套內層安裝一些可以振動的觸點來模擬觸覺。
語音
parameters
在VR系統中,語音的輸入輸出也很重要。這就要求虛擬環境能聽懂人的語言,并能與人實時交互。而讓計算機識別人的語音是相當困難的,因為語音信號和自然語言信號有其“多邊性”和復雜性。例如,連續語音中詞與詞之間沒有明顯的停頓,同一詞、同一字的發音受前后詞、字的影響,不僅不同人說同一詞會有所不同,就是同一人發音也會受到心理、生理和環境的影響而有所不同。
VR技術的應用
VR技術之所以能夠備受推崇,其中一個重要方面就是“變革”,它改變了人類以往的鍵鼠或者觸控的交互方式,將所有的交互建立在一個虛擬的世界中,讓人們的想象力和創造力得到了極大的提升,所以很多傳統行業都因為VR技術的出現,獲得了更多的發展空間。
教育
教育

VR應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。它營造了“自主學習”的環境,由傳統的“以教促學”的學習方式代之,為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。教育部在一系列相關的文件中,多次涉及到了虛擬校園,闡明了虛擬校園的地位和作用。虛擬校園由淺至深有三個應用層面:簡單的虛擬我們的校園環境供游客瀏覽;基于教學、教務、校園生活,功能相對完整的三維可視化虛擬校園;以學員為中心,加入一系列人性化的功能,以VR技術作為遠程教育基礎平臺。隨著VR技術的不斷發展和完善,以及硬件設備價格的不斷降低,VR技術以其自身強大的教學優勢和潛力,將會逐漸受到教育工作者的重視和青睞,最終在教育培訓領域廣泛應用并發揮其重要作用。

醫學

VR在醫學方面的應用具有十分重要的現實意義。在醫學院校,學生可在虛擬實驗室中,進行“尸體”解剖和各種手術練習。用這項技術,由于不受標本、場地等的限制,所以培訓費用大大降低。一些用于醫學培訓、實習和研究的VR系統,仿真程度非常高,其優越性和效果是不可估量和不可比擬的。外科醫生在真正動手術之前,通過VR技術的幫助,能在顯示器上重復地模擬手術,移動人體內的器官,尋找最佳手術方案并提高熟練度。在遠距離遙控外科手術,復雜手術的計劃安排,手術過程的信息指導,手術后果預測及改善殘疾人生活狀況,乃至新藥研制等方面,VR技術都能發揮十分重要的作用。

什么是VR?
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房產

VR技術是集影視廣告、動畫、多媒體、網絡科技于一身的最新型的房地產營銷方式,在國內的廣州、上海、北京等大城市,國外的加拿大、美國等經濟和科技發達的國家都非常熱門。同時在房地產開發中的其他重要環節包括申報、審批、設計、宣傳等方面都有著非常迫切的需求。VR不僅僅是一個演示媒體,而且還是一個設計工具。運用VR技術,設計者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的房間,并可以任意變換自己在房間中的位置,去觀察設計的效果,直到滿意為止。既節約了時間,又節省了做模型的費用。

游戲

三維游戲既是VR技術重要的應用方向之一,也為VR技術的快速發展起了巨大的需求牽引作用。盡管存在眾多的技術難題,VR技術在競爭激烈的游戲市場中還是得到了越來越多的重視和應用??梢哉f,電腦游戲自產生以來,一直都在朝著VR的方向發展,VR技術發展的最終目標已經成為三維游戲工作者的崇高追求。從最初的文字MUD游戲,到二維游戲、三維游戲,再到網絡三維游戲,游戲在保持其實時性和交互性的同時,逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加強。我們相信,隨著三維技術的快速發展和軟硬件技術的不斷進步,在不遠的將來,真正意義上的VR游戲必將為人類娛樂、教育和經濟發展做出新的更大的貢獻。

什么是VR?
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娛樂

豐富的感覺能力與3D顯示環境使得VR成為理想的視頻游戲工具。由于在娛樂方面對VR的真實感要求不是太高,故近些年來VR在該方面發展最為迅猛。作為傳輸顯示信息的媒體,VR在未來藝術領域方面所具有的潛在應用能力也不可低估。VR所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態的藝術(如油畫、雕刻等)轉化為動態的,可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術。另外,VR提高了藝術表現能力,如一個虛擬的音樂家可以演奏各種各樣的樂器,手足不便的人或遠在外地的人可以在他生活的居室中去虛擬的音樂廳欣賞音樂會等等。

文物古跡

利用VR技術,結合網絡技術,可以將文物的展示、保護提高到一個嶄新的階段。首先表現在將文物實體通過影像數據采集手段,建立起實物三維或模型數據庫,保存文物原有的各項型式數據和空間關系等重要資源,實現瀕危文物資源的科學、高精度和永久的保存。其次利用這些技術來提高文物修復的精度和預先判斷、選取將要采用的保護手段,同時可以縮短修復工期。通過計算機網絡來整合統一大范圍內的文物資源,并且通過網絡在大范圍內來利用虛擬技術更加全面、生動、逼真地展示文物,從而使文物脫離地域限制,實現資源共享,真正成為全人類可以“擁有”的文化遺產。

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工業仿真

當今世界工業已經發生了巨大的變化,大規模人海戰術早已不再適應工業的發展,先進科學技術的應用顯現出巨大的威力,特別是VR技術的應用正對工業進行著一場前所未有的革命。VR已經被世界上一些大型企業廣泛地應用到工業的各個環節,對企業提高開發效率,加強數據采集、分析、處理能力,減少決策失誤,降低企業風險起到了重要的作用。VR技術的引入,將使工業設計的手段和思想發生質的飛躍,更加符合社會發展的需要,可以說在工業設計中應用VR技術是可行且必要的。

演播室

隨著計算機網絡和三維圖形軟件等先進信息技術的發展,電視節目制作方式發生了很大的變化。視覺和聽覺效果以及人類的思維都可以靠VR技術來實現。它升華了人類的邏輯思維。虛擬演播室則是VR技術與人類思維相結合在電視節目制作中的具體體現。虛擬演播系統的主要優點是它能夠更有效地表達新聞信息,增強信息的感染力和交互性。傳統的演播室對節目制作的限制較多。虛擬演播系統制作的布景是合乎比例的立體設計,當攝像機移動時,虛擬的布景與前景畫面都會出現相應的變化,從而增加了節目的真實感。用虛擬場景在很多方面成本效益顯著。如它具有及時更換場景的能力,在演播室布景制作中節約經費??梢猿浞职l揮創作人員的藝術創造力與想象力,利用現有的多種三維動畫軟件,創作出高質量的背景。

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Panorama production
全景制作

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