虚拟现实VR

虚拟现实VR和增强现实AR未来的发展前景

早在5月28日至29日在旧金山举行的2015年谷歌I/O大会上,虚拟现实作为一个重要话题引发了无数讨论。 虚拟现实对于普通网友来说可能还是一个陌生的名词,但在业内人士看来,虚拟现实必将成为下一个杀手级技术。 今年的谷歌大会再次将大家的注意力集中到了虚拟现实技术上,但它还没有被大众真正了解。 也许有人会说,虚拟现实就是戴着一个笨重的头戴式显示设备,观看一些虚拟内容,让你有身临其境的感觉; 也许有人还会问,虚拟现实到底是什么?

 

VR受益于三维游戏的发展,AR则受益于影视领域跟踪技术(视频跟踪)的发展。

从技术门槛来看,VR、AR和移动终端的重叠技术包括:显示、运动传感器、处理器、存储&内存、无线连接……所以在硬件方面,这些都不是技术难点。

VR和AR的难点在于感知和显示。 感知是一种映射。 VR贴图是灯塔空间或者PS相机贴图的交集。 在显示方面,VR如何精准匹配用户头部,产生相应的画面? ,AR在此基础上计算光照、遮挡等条件,使图像透明,不干扰现实中的视线。

当然,由于这些技术的门槛,硬件价格仍然居高不下。

正因为如此,AR行业一片沉寂,而VR行业则十分火热,因为VR的技术门槛比AR低一个数量级,VR更容易成功。

从软件角度来看,现阶段存在很多视觉困难:

VR的核心技术是跟踪和CG(计算机图形)。 三自由度方向跟踪、六自由度位置跟踪(参见《跟踪设备的使用场景和覆盖范围有哪些限制?会影响VR交互空间的设计吗?》)

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目前虚拟现实技术的呈现主要需要体验者依靠全封闭的头戴式显示器观看计算机模拟生成的虚构世界的图像,并配备耳机、运动传感器或其他设备为其提供视觉、听觉和触觉。 在感官体验方面,虚拟现实系统的整套设备可以根据用户的反应提供反馈,使用户感觉沉浸在场景中。

目前,虚拟现实技术对大家来说仍然充满神秘感。 除了了解各个高端品牌推出的头戴式显示器之外,恐怕对虚拟现实技术了解不多。大家肯定都认为虚拟现实技术是一项高科技技术,但事实上它是不是。 早在1965年,科学家就在论文中提到了虚拟现实系统的基本思想,包括交互式图形显示、力反馈设备和声音提示。 第一个头戴式显示器早在1966年就由麻省理工学院林肯实验室研制成功。

下面,笔者将从虚拟现实相关技术、虚拟现实设备、虚拟现实的缺点三个方面为大家揭开虚拟现实技术的神秘面纱。

3D模型实现虚拟现实

1. 3D模型实现虚拟现实

笔者认为,虚拟现实本质上是一种先进的计算机用户界面,同时为用户提供视觉、听觉、触觉等多种直观、自然的实时感知和交互方式,因而具有多重感知和感觉。的存在。 、交互性、自主性等重要特征。 事实上,虚拟现实技术不是单一技术,而是多种技术的综合。 其核心关键技术包括动态环境建模技术、三维显示与传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术和系统集成技术等五大项。

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一张图助你了解虚拟现实系统

●动态环境建模技术

动态环境建模技术是虚拟现实的核心技术。 其目的是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。

●立体显示和传感器技术

虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术。 现有的虚拟现实远远不能满足系统的需求,虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围有待提高。 同时,显示效果的真实感和虚拟现实的沉浸感需要通过高清来实现。

●系统开发工具应用技术

虚拟现实技术应用的关键是找到合适的场合和对象,即如何发挥想象力和创造力。 选择合适的应用对象,可以大大提高生产效率,减轻劳动强度,提高产品开发质量。 为了实现这一目标,必须研究虚拟现实开发工具。 例如虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。

●实时3D图形生成技术

目前3D图形技术已经比较成熟,关键是如何实现“实时”3D效果的生成。 为了达到实时的目的,至少保证图形刷新率不低于15帧/秒,最好高于30帧/秒。 在不降低图形质量和复杂度的情况下,如何提高刷新频率将是这项技术的研究内容。

●系统集成技术

集成技术包括信息同步技术、模型标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等。由于虚拟现实包含大量的感知信息和模型,系统集成技术也起着至关重要的作用。

另外,虚拟现实系统主要由检测模块、反馈模块、传感器模块、控制模块和建模模块组成。 检测模块通过传感器模块检测用户的操作指令并作用于虚拟环境。 反馈模块接收来自传感器模块的信息并向用户提供实时反馈。 传感器模块一方面接受用户的操作命令并将其应用到虚拟环境中; 另一方面,将操作的结果以各种反馈的形式提供给用户。 控制模块控制传感器,从而影响用户、虚拟环境和现实世界。 建模模块获得现实世界各组成部分的三维表示并构造相应的虚拟环境。 通过五个模块的配合,最终可以构建出3D模型,实现现实的虚拟化。

它模糊了虚拟与现实之间的界限

2. 虚拟与现实的界限变得模糊

虚拟现实系统根据体验者参与形式的不同,大致可分为四种模式:桌面式、沉浸式、增强式和分布式。 桌面型使用普通显示器或三维现实设备图像作为演示窗口; 沉浸式采用头戴式显示器来显示图像; 增强型将真实环境和虚拟环境叠加,现在已经成为虚拟现实的一个分支,即增强现实; 分发将不同地方的用户连接起来,共同观看和操作同一个虚拟世界中的内容。 同时,虚拟现实系统还可以配备位置追踪器、数据手套等辅助设备设施,为用户提供更加真实、身临其境的现实体验。

目前最流行的应该是沉浸式虚拟现实系统。 笔者将以此为例介绍目前已经商业化的虚拟现实设备。

●头戴式显示器

谷歌、三星、索尼等公司都推出了自己的显示耳机,其中大部分已经投放市场。 作为领头羊的 Oculus Rift 显示耳机最具代表性。 拥有110°视角,全封闭视野。 环境。 佩戴后,用户将看到另一个虚拟世界。 通过双眼视差和图像畸变,让用户产生强烈的三维感和景深感,仿佛置身于虚拟世界中。 此外,该设备还配备了陀螺仪和加速计来跟踪头部旋转,以实现更强的沉浸感。

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三星 Gear VR 头戴式显示器

●数据手套

数据手套也是虚拟现实系统的重要组成部分。 它集成了传感器技术和光纤技术。 它可以实时获取人手的运动姿势,感知手指关节的弯曲状态,精确定位,产生力反馈,在虚拟现实环境中再现人手的运动。 人机交互的目的就达到了。

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数据手套

目前,虚拟现实数据手套主要由5DT、Cyber​​ Glove、DGTech等公司生产。 根据用户的需求,提供不同配置和精度的版本,价格从几千元到几万元不等。

●全能跑步机

虚拟现实跑步机与普通跑步机绝对不同。 它的底部是一个平坦光滑的平台,基本上由三个支架固定。 中间的腰环固定人体的位置。 可能需要特殊的鞋子才能实现步行、跑步和跑步。 坐、蹲、跳、小平移等动作。 目前,Cyber​​ith推出了Virtualizer,Virtuix推出了Omni等产品,已经面向国外消费者推出。

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全能跑步机

以Virtuix Omni虚拟现实跑步机为例。 它需要与 Oculus Rift 虚拟现实耳机或 PC 控制器配合使用,无法独立操作。 配备专用跑鞋和游戏枪后,就可以以第一人称视角玩FPS射击游戏了。 你可以模拟游戏中的场景,按照自己的自由意志自然地移动,真正有“奔跑”的感觉。 Virtuix Omni 的专用跑鞋可以与跑步机上的传感器同步数据。 佩戴Oculus Rift等虚拟现实设备后,玩家的转头、侧身等动作可以在游戏中同步,带来绝对的沉浸感。 对它的环境的感觉。 可以说,整个系统最大程度地融合了视觉、听觉、运动等因素,给人以极大的真实感,完全模糊了虚拟与现实的界限。

虚拟现实难以突破的瓶颈

3、虚拟现实难以突破的瓶颈

●头晕未完全缓解——您可能会呕吐

目前,虚拟现实体验最大的问题就是头晕。 体验者在适应新的感官环境时可能会出现晕动病。 尽管有研究人员表示,在虚拟图像中添加鼻子图像可能有助于体验者更好地适应,但尚未得到虚拟现实设备和软件制造商的支持。 虽然一些高端设备已经不同程度地解决了眩晕问题,但由于用户自身的身体状况和适应能力,仍然不可能完全避免眩晕的感觉,并且用户可能无法连续佩戴。 30多分钟。

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无法彻底解决头晕

●“沉浸式体验”和“真实感”很难兼得

沉浸体验常常被作为衡量虚拟现实质量的重要指标。 然而,在目前的技术条件下,沉浸体验却成为了另一个衡量指标——画面的“真实度”(即清晰度)的“天敌”。

如果想让画面变得更加真实,就需要高清的支持。 如果清晰度提高,画面距离人眼会更远,从而降低沉浸式体验; 反之亦然。 造成这种情况的原因主要是由于屏幕分辨率的限制。 我们可以理解为,距离屏幕越近,颗粒感就越强,通过镜头放大后颗粒感会变得更加明显,使得人眼获得的现实变得模糊; 如果分辨率不够高,这个问题就无法解决。 问题。

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“沉浸式体验”和“真实感”很难兼得

如果想要在沉浸式体验和清晰度之间取得平衡,至少需要4K分辨率。 不过,目前市面上各VR头显公司生产的产品尚未达到这一分辨率,还在探索如何在“沉浸式体验”与“清晰度”之间找到更好的“平衡点”,从而在不降低清晰度的情况下实现相对较好的沉浸式体验,然而这个矛盾只是VR硬件面临的众多问题之一。

●屏幕刷新率也是一个难以突破的瓶颈

120HZ的屏幕刷新率是保证VR图像接近现实的最低要求。 目前手机屏幕的刷新率基本还是在60HZ的水平,PC显示器可以满足这个要求。 同时,刷新率的提高会给芯片的计算和功耗带来很大的压力,这对设备的硬件提出了要求。

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繁忙的用户

●你可能觉得自己很酷,但别人却觉得你很蠢

戴着虚拟现实显示器你可能会觉得很酷,但从旁观者的角度来看,你无疑会觉得有点怪异和愚蠢。 当你佩戴虚拟现实显示器,沉浸在虚拟世界中时,你的眼睛完全被蒙住,看不到现实中周围的情况。 自言自语或者大笑大叫显然会让周围的人感觉你很不舒服。 有趣的。 此外,对于一些无法区分幻想和现实的患者来说,虚拟现实可能会给他们带来更严重的精神问题,加重病情,甚至严重时会出现妄想。

虚拟现实是一个造梦产业

即使虚拟现实技术的发展比预期慢,并且仍然存在一些问题需要解决,但它仍然是最有潜力的趋势技术。 屏幕分辨率、刷新率、芯片运算能力、功耗、元件瓶颈直接限制了虚拟现实技术在手机上的发展。 由于硬件和内容的双重限制,虚拟现实很大程度上停留在“概念”层面。 资本市场的过度繁荣带来了一些好处,但并没有解决行业的现实问题。

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虚拟现实技术发展不够成熟

虚拟现实是一个造梦产业,它三维地拓展了我们的感知空间。 或许虚拟现实技术的未来还不能清晰勾画,相关产品的普及还需要很长时间。 目前,VR 耳机还不够清晰,你仍然可以看到颗粒状的像素,而且你无法触摸你所看到的东西,但这会随着时间的推移而改变。 虽然目前虚拟现实技术的发展还不够成熟,也存在很多争议,但不可否认的是,虚拟现实技术将成为重要的新媒介、新平台,无论是对于游戏、社交网络,还是其他更多领域。

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你会发现关于虚拟现实的一切都值得等待

我相信,无论虚拟现实技术如何发展,行业如何发展,仍然有很多未知等待我们去发现。 无论我们是创新的领导者、推动者还是接受者,都应该保持开放、包容的心,去迎接更多的可能。相信你会发现,关于虚拟现实的一切都值得等待