独乐乐不如众乐乐

技术宅

近来虚拟现实设备已经成为IT界的热点，三星、谷歌和索尼都在虚拟现实上有了一定的建树，推出了自家的头戴设备和相关配套软件。不过这些虚拟现实目前都只是实现单机效果，即只是单用户通过虚拟现实设备和特定的游戏、视频进行交互。而微软公司旗下的Jaron Lanier实验室目前正在实验最新的多人增强现实技术，它可以实现多人联机互动，实现更为真实的人机、人人之间的互动。那么虚拟与现实是如何实现联机的？这种联机的结果又会给我们的生活带来什么样的影响？

 Oculus Rift虚拟现实设备

认识虚拟现实技术

 虚拟现实设备结构图解

说到虚拟与现实的联机，我们首先要了解一下什么是虚拟现实。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，利用计算机模拟的三维动态视景和实体行为结合来让用户进行娱乐或者完成工作。简单地说，就是可以让用户在虚拟世界里实现极度真实体验的一种技术，而实现其中虚拟真实效果的硬件就是虚拟现实设备（图1）。

一般来说，一套完整的虚拟现实设备系统包括3D扫描仪（建模设备）、头戴式立体显示器（三维视觉显示设备）、惯性传感器（定位设备）和数据手套（交互设备）。比如在支持虚拟现实的游戏中，通过虚拟现实设备让使用者从身体感官（视觉、听觉）各方面全身心进入到游戏中，体验前所未有的逼真（图2）。

 微软的虚拟现实联机设备头部传感器

连结虚拟与现实

如上所述，通过虚拟现实设备能为我们提供完美的沉浸式体验。不过目前的虚拟显示设备只是实现单机操作，用户只是通过虚拟现实设备和游戏实现单一的人机互动。那么目前微软正在研究的多人增强现实技术是怎么实现多人联机互动的呢？

我们先来了解一下虚拟现实设备的工作原理，要实现虚拟现实体验，首先要借助建模设备获取物体外表面，如游戏中人物或者地形的三维坐标及物体的三维数字化模型，接着虚拟现实设备的显示器会向用户呈现3D显示效果，实现现实环境代入感。接着虚拟设备中的定位设备用来确定用户在虚拟3D环境中的位置，这个定位是通过头盔中的惯性传感器来捕捉头部运动以改变图像的视角，这样用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来。最后交互设备用于用户和虚拟环境的交互操作，实现对虚拟现实游戏的操控（图3）。

 Jaron Lanier实验室展示的共享混合现实的示例

通过上图我们可以知道，对于每个联机的用户来说，建模可以在同一个设备上完成，虚拟显示则可以在各自的虚拟现实设备显示器中实现。对多人联机虚拟现实来说，最至关重要的就是其中的定位。因为在多人联机的情况下，我们要对同一个项目进行虚拟操作，虚拟现实设备需要精确无误地追踪每个人的动作，这样才能实现精准的协同操作。

比如在多人游戏中，如果要两人射击同一个目标，虚拟现实设备中的3D影像要同步显示在用户的显示器中，这就要求头盔中惯性传感器捕捉两个用户的头部运动要精准一致，这样才可以实现对同一目标的射击，而其中小小的误差就会造成虚拟图像的混乱，严重影响多人联机的效果。比如A、B两名联机用户，如果虚拟现实系统捕捉到A的动作是面向游戏中某人物头部正面，而捕捉到B动作面向的却是游戏人物的头部侧面，这样在射击的时候，A、B射击的就是不同部位，导致联机用户游戏体验不同，影响了多人联机的虚拟现实效果。微软的虚拟现实联机设备通过外部安装的高灵敏的传感器来追踪用户的头部动作，同时依靠其虚拟系统强大的运算和协调能力实现联机用户定位一致，让所有联机用户都可以同步获得虚拟真实体验，从而实现联机用户同步操作（图4）。

在Jaron Lanier实验室展示的共享混合现实的示例中，通过两名联机学生头上的传感器，虚拟现实系统会精确捕捉到两名学生的动作，同时在学生头部的显示器中同步显示，这样当两名学生挥动双手就可以看到同样的视觉特效，从而实现虚拟和现实的联机互动（图5）。

虚拟与现实的联机 可以带给我们什么

 通过虚拟联机可以让教练和学员实现真实的虚拟现实练车体验

显然虚拟与现实的联机技术可以将完美的沉浸式体验分享给所有联机用户，这样每个参与者都可以获得一致的真实体验，可以实现多用户交互体验，为我们的生活带来更多快乐。比如在目前流行的多人射击游戏中，联机用户都可以带着虚拟头盔，手握虚拟AK47，然后在完全真实的游戏环境中，或射击，或呼叫队友一起射击，这种真实、多人互动的游戏感觉绝对是每个游戏迷追求的终极目标。

当然除了在游戏中的应用，虚拟与现实的联机技术还可以在日常很多生活场景中应用到。比如随着虚拟现实设备的普及，现在很多朋友通过汽车模拟驾驶训练来练车，这在现实中原本需要“教练+学员”的双人协作训练，借助虚拟与现实的联机技术，我们在家中通过两人联机操作就可以获得非常真实的驾校训练效果（图6）。同样的，对于生活中原来需要多人协作的很多应用场景，现在都可以借助虚拟与现实的联机技术完美地实现。