虚拟现实技术及其应用

张 俊,施文波,郭 晨

(江苏电力信息技术有限公司,江苏 南京 210029)

虚拟现实技术及其应用

张 俊,施文波,郭 晨

(江苏电力信息技术有限公司,江苏 南京 210029)

从20世纪末开始,虚拟现实(VR)技术逐渐开始发展,在经过多年的研究与发展更新之后,该技术已经集多种现代学科高新技术于一体.利用这一技术,能够创建、模拟或者是还原出一个虚拟的世界,深切感受其中的魅力.当前,在医学、军事、影视以及教育等各个行业当中,虚拟技术已经得到了广泛的应用,并且发挥着重要的作用.基于此,就虚拟现实技术及其应用进行简要的分析,希望可以提供有效的借鉴.

虚拟现实技术;显示技术;交互技术;HTC Vive

1 虚拟现实技术概述

1.1 虚拟现实技术

所谓的"虚拟现实技术",是通过多种先进技术的融合而形成的一种新的技术.这种技术对计算机技术进行利用,并且在其他辅助技术的基础上使得虚拟化操作得以完成,在实际的应用过程中可以将人们不能够触摸或者是看见的事物用另外一种方式呈现出来,为相关事物的研究提供重要基础.但是要想实现这一过程,就需要对三维设备与传感设备进行利用,然后利用计算机仿真创造出一个虚拟的世界.当前,我国在虚拟现实技术方面已经取得了较好的成绩.HTC Vive是目前最贵的VR设备,如图1所示,其突出的优点是支持房间内的精准动作捕捉,优势在于Valve旗下的Steam游戏平台(注:目前全球用户量最多的电子游戏平台)上有HTC Vive可以享用的丰富内容.

图1 HTC Vive

1.2 虚拟现实技术的应用特点

在实际的应用过程中,虚拟现实技术具有以下3个方面的重要特点:①沉浸性.在虚拟现实技术当中,其具体的体验是利用人体的视觉通道来进行传递的,可以在体验者的视觉系统当中形成图形并显示,从而让体验者沉浸到虚拟的场景与环境当中,带给体验者真实的视觉感受,并带来真实的心理感受.②交互性.在虚拟现实技术当中,另外的一个主要特征就是交互性,这一特性指的是用户可以利用虚拟的设备.③想象性.在虚拟现实技术当中,利用视觉系统的传递,通过嗅觉、力觉、味觉等人体自然感知系统来对相关信息进行反馈,从而使得体验者在这种环境当中产生新的认知.

2 虚拟现实当前面临的技术难题

2.1 VR显示技术

2.1.1 分辨率不足

当前,在主流手机当中,早已经实现了利用肉眼来对单个像素点阵进行区分,但是在VR显示器当中,仍然有着非常明显的"纱窗效应",对视觉体验造成很大的影响.对这一原因进行分析发现,虽然所采用的屏幕规格是一样的,但是在VR显示器当中,为了使得画面可以充满整个视野,利用了一组透镜来对屏幕加以放大处理,从而使得DPI不断降低,而像素点阵也会随着逐渐增大.通过对相关理论进行计算发现,要想将VR显示器的颗粒感有效地消除,不仅应当保证屏幕的分辨率超过16K,还应当要保证其尺寸可以塞入到VR头戴设备当中.而当前这一类屏幕当中,其分辨率大都在2 560X1 440或以下,所以还需要进一步改进.

2.1.2 运算机能不足

在VR渲染当中,其对于硬件性能的要求是比较高的,而原因则是对高刷新率与高分辨率过分的追求.如果分辨率较高,那么需要进行处理的像素点数量也会以几何级数倍增,刷新率也是这样的.例如,在电影当中,其刷新率保证在24 Hz就能够使得视觉流畅得以保证,但是在游戏视频当中,其要求比较高,应当达到60 Hz.而对于虚拟现实技术来说,这种水平仅仅达到入门的水准,只有保证显示器的刷新率在90 Hz以上,才能够降低眩晕问题出现的概率;要想达到理想的效果,就需要达到144 Hz以上.

2.2 VR交互技术

2.2.1 操控违和

当前,在主流的VR控制器当中,其主要分为专业外设和手柄2种,在外接式当中,Oculus Touch的体验比较好.在对Oculus Touch进行使用的时候,体验者所需要动用的手指及手势动作等都与现实中的相对应,但是在一些特殊工具的模拟当中,仍然存在着一些很明显的违和感,针对软件的具体内容进行专用外设的设计虽然能够在很大程度上使得沉浸感得以提升,但是如果对每一种软件都采取这种方式,就会使得软件出现混乱.

2.2.2 反馈不足

人体一共有5种感官体验,在VR显示器当中,其对视觉的反馈问题进行了解决,而声学系统则对听觉进行了反馈,其余的味觉、嗅觉以及触觉等还需要进一步解决.

3 虚拟现实技术的展望

当前软件与硬件技术不断地发展,虚拟现实的设备在价格方面已经从高不可攀逐渐下降,普通的消费者也能够购买.但是,在当前的虚拟现实设备当中,如果佩戴时间过长,就会使人出现呕吐、头晕等问题.导致这些问题出现的重要原因是在体验虚拟现实环境的过程中,会有与现实环境相违背的情况出现.首先,在视觉方面,屏幕的解析度应当达到人眼看不到颗粒的程度,但是当前的主流头盔式虚拟显示器仍处于单眼2K级别,所以要想骗过大脑,依然有困难.其次,在刷新率方面,当前所使用的主流设备,比如HTCVIVE等的刷新率都为90 Hz,但是要想使得真实感提升,则需要在144 Hz以上.另外,还应当对现实屏幕的弯曲度进行控制,这就需要利用弯曲屏幕的技术.

在VR技术当中,当能够对人体的触觉反馈、信息采集以及味觉等模拟问题完全解决之后,它就会不再单纯地是一种供人们娱乐的方式.设想一下,如果利用VR虚拟技术,通过创建不同的世界,使人们可以在其中旅游、工作,做任何自己想做的事情,这又将会是一种什么样的体验,很值得人期待.同时这也是VR技术和AR技术融合的最终目的.同时在那个阶段,人工智能与机器人技术也会普及,从而为VR技术的发展提供一个重要的基础.总的来说,在当前的社会发展过程中,VR技术已经发挥出其不可替代的作用,能够满足人们在某些方面的烦人需求.但业界的爆发,仍然面临诸多障碍,比如内容不足、用户体验费用过高、应用技术不成熟等因素.因此,行业的未来发展还有很长的路要走.

[1]林峰.虚拟现实技术与增强现实技术在数字图书馆中的应用[J].海峡科学,2017(03):92-94.

[2]潘安.虚拟现实技术下的设计思考[J].戏剧之家,2017(05):207.

〔编辑:刘晓芳〕

TP391.9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.159

2095-6835(2017)22-0159-02