VR技术现状与应用领域研究

厦门南洋学院，福建省厦门市 361102

一、VR技术现状

1、VR技术发展概要

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术产生于20世纪60年代[1]，VR一词是由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jaron Lanier）在20世纪80年代提出的。VR技术涉及计算机图形学、传感器技术、动力学、光学、人工智能及社会心理学等研究领域，是多媒体和三维技术发展的新方向，虚拟现实技术是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，是一种新的人机交互接口。具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境（Virtual Environment，简称VE），用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。

VR早期主要用在军事领域[1]，近几年来随着云计算、大数据、传感器、5G技术的发展，VR逐渐应用在军事航天、演播室、游戏等领域，目前有走向大众化的趋势。业内人士认为[2]：20世纪80年代是个人计算机的时代，90年代是网络、多媒体的时代，而21世纪则将是虚拟现实技术的时代。

2、VR市场主要产品

自从2014年3月25日，Facebook以20亿[3]美元收购Oculus VR之后，全球VR市场逐 渐升温，微软、三星、HTC、索尼、雷蛇、佳能等科技巨头进军VR领域，整个行业正在蓬勃发展，推出了一批初级阶段的产品。

从市场来看VR产品主要有硬件设备和内容两大类，其中硬件主要有头戴设备（眼镜、头盔、一体机）、非头戴设备和手套；其中内容主要有场景、游戏、分发平台等。

（1）头戴设备

头戴VR设备是虚拟现实的主要形式，通过沉浸式的头盔或者VR眼镜，用户可以直接置身于虚拟世界中，这种体验是最为直观和彻底的，也将是未来虚拟现实的发展趋势，表1是主流厂商的和种头戴设备。

表1 头戴设备类产品

（2）非头戴设备

非头戴产品以体感类设备为主，由于技术条件限制，该类产品在过去一段时间，是大家体验VR的基本方法，但是相对于头戴类VR设备，非头戴设备并不能达到其身临其境的体验，在未来这类产品或将主要作为头戴类VR的配件使用，市场上主流产品有NextVR（图2）、微软Kinect、索尼PS4、享动体感游戏机XD3188-2、幻影手电脑体感游戏棒等。

（3）手套

手套作为头戴VR的配套产品，其设计出发点就是为了更好地体验头戴VR产品，通过数据手套，用户可以通过感官体验更加真实的驰骋于虚拟现实中，市场主流产品有5DT（图3）、Immersion CyberGrasp、DGTech、Fakespace、Measurand等数据手套。

二、VR技术瓶颈

1、人才

当今世界市场和科技的竞争就是人才的竞争，目前VR人才严重缺乏，有限的VR人才集中美国、英国、加拿大等以IT高科技为主导的创新型国家和地区。根据领英发布全球VR（虚拟现实）人才报告中数据显示[4]，美国VR人才占全球总数40%，而中国VR人才数量占全球2%，比印度还低。从VR职位需求量来看，美国独占近半，中国则约占18%紧随其后(图4)。

2、硬件瓶颈

随着云计算、大数据、5G技术的发展基本上可以保证在轻便的硬件上实现足够的计算速度、存储空间、传输速率和续航能力。目前最需要解决的是图像技术瓶颈[5]。图像识别技术不成熟，特别在复杂图形、动态图像、特殊场景（如夜间）等方面，信息筛选、识别的正确率和精确率均较低，远不足以支撑一款消费级产品；实时三维建模技术缺乏；精确定位技术误差大，远未到商用阶段，还需要时间研究。

3、内容瓶颈

目前市场上是硬件品种多而内容少，高清高质量的内容更少，主要原因一方面是内容制作成本很高，内容制作必备“人才、相机、软件和平台”，人才的缺乏、相机的昂贵、软件和平台刚刚上线，都需要人力和资金的投入；另一方面市场的硬件技术还不够成熟，没有足够的信心让企业家或投资者向内容上投入大量的资金。因此简化内容制作技术，确保对用户而言虚拟现实内容触手可及，同时提高内容质量这是推广虚拟现实技术的关键之一。

三、VR发展趋势及应用领域

据2015高盛VR报告中预计[6]，到2020年，全球头戴VR设备年销量会达4000万台，硬件市场规模至少￥400亿元，加上内容、企业级市场，将是千亿以上；长远看，VR产业规模万亿可期。

经过大数据分析 VR主要应用在十大应用领域，包括教育、工程、电影、旅游、军事、房产、医疗、直播、游戏、购物等。

1、实体店般的体验-- VR在购物平台领域的应用

VR购物，是打破物理限制，让商家把整个店铺带到消费者眼前，感觉就是在逛实体店，随手可以触摸产品的质感和试穿戴体验，VR购物有望成为继电商和移动互联网之后的新一代购物方式。但目前阶段，VR购物仍然只是一种吸引眼球的营销手段，是一种行业的探索性实验。然而，如果VR购物取得突破性进展，制作成本大幅度下降，那么越来越多的购物中心和购物平台将面临着转型升级的挑战。图5 为淘宝移动平台工作人员演示VR购物场景

2、身在其中的刺激-- VR在游戏领域的应用

对于游戏玩家而言，大概没有什么比戴着VR头盔“走进”游戏场景，随着音乐手舞足蹈，或握着手柄做出射箭、射击的动作，体验一场身在其中的刺激。近两年虚拟现实设备及内容、移动游戏操控设备等细分领域正在顺势蓬勃发展。图6为网易推出的首款VR游戏《破晓唤龙者》。

3、感受现场的氛围--VR在事件直播领域的应用

现场看球赛、演唱会或国庆阅兵等国家重大事件时，除了观看主角的精彩表现或表演，同时感受现场的氛围，观众的欢呼声与呐喊声，甚至还能见到一些小插曲，让你回味无穷。以上感觉在VR直播中都能体味到，目前电视直播的观看体验根本无法与沉浸式VR体验相提并论。图7是VR直播的中国国家足球队的比赛。

4、医学界的良方--VR在医疗保健领域的应用

VR在医疗保健领主要有两方应用，一方面是用于医疗教育培训，让临床医生在练习外科手术时可以享有视觉及触觉上的双重体验，从而提高实践经验；另一方面是用于治疗，主要是针对那些因为烧伤之后有强烈痛感以及长期处于恐惧和害怕状态的病人，VR技术能够帮助医生循序渐进地去刺激患者，让患者慢慢恢复创伤处的知觉，实现痊愈的目的。

5、房产中介的杀手--VR在房产领域的应用

在房产销售时VR为用户提供360°全景沉浸式看房体验，势必进一步推进房产发展并提高交易效率。购房者戴上虚拟现实眼镜后，配合开发的VR虚拟现实样板房系统，便可置身在新房之中，房屋结构、效果一目了然，并且还可以前进、后退随意移动感受房屋效果，突破以往看宣传册和模型的局限，将来在线远程买房成为可能，房产中介公司可能会消失。

6、VR技术的发源地--VR在军事领域的应用

VR 技术就是在军事领域诞生与应用，VR技术的仿真模拟场景能够很好地让军事训练达到预期效果，而且尽可能让士兵避免死亡的威胁或是严重的伤害。在现代看似和平年代，但各国的较量除了经济就是军事能力，训练有数的军队对捍卫国家主权至关重要。

7、环游宇宙的梦想--VR在旅游领域的应用

VR旅游的出现就是借助VR头戴式显示器，将景色以3D交互视频的形式、360度全景式呈现在用户眼前。虚拟现实将成为未来旅行、观光的重要发展方向之一。用户可以借助虚拟现实来实现预览、规划、演示的目的，更轻松制定行程和计划。同时，探索一些无法到达的星球。全新的虚拟现实旅游体验模式，将改变人们的旅游方式，颠覆人们对旅游的认知，成为未来旅行、观光、文化导览的一种重要发展方向。图8为福建首部旅游VR全景延时视频。

8、颠覆电影的大师--VR在电影领域的应用

相对于3D、巨幕电影等围绕着平面银幕做出的革新，VR电影对视听语言和叙述方式的改变堪称一场革命性的再创造。传统影院电影是在二维平面上呈现影像，而VR电影由于360度视点的存在，能用影像构建一个三维空间。VR电影更像是一个电影的游戏化，观众可以选择不同的视角，以一个“局内人”的身份完全沉浸并参与到故事中，去体验感知不同的故事进展与结局。

9、身临其境做设计--VR在工程领域的应用

利用工程分析软件模拟的结果数据与可视化开发包AVS/Express，结合数据手套和位置跟踪器在AVS[6]平台上实现了工程分析数据的交互式可视化。将工程分析数据和真实感模型结合起来，且利用虚拟现实技术提供给用户交互式的可视化环境。交互式可视化能够准确直观地展示工程结构的应力和应变分布情况，为产品结构优化设计提供依据，并且可以实现交互式操作，使可视化具有"沉浸感"，从而大大提高工程设计的质量，提供了一种新的工程分析数据可视化实现模式。

10、创设体验式学习环境--VR在教育领域的应用

VR与教育的结合，改变抽象理论课和实训课的教学模式，虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程[8]。一方面把人体结构、材料结构等抽象知识三维化，让学生直观理解知识点，另一方面在化学反应、外科手术等高危险试验中虚拟化，让学生反复实验，提升技能。图9为北京培新小学的VR课堂。

四、VR产业链

VR产业链中主要分为供应商、交易平台、用户三个主体，供应商有硬件设备研发及制造商（VR头盔、VR眼镜等）和内容制作商（游戏、视频等）；用户有企业用户和个人消费者，VR在军事、教育、医疗、工程领域的应用主要是企业客户，VR在购物、电影、旅游、直播、游戏、房产主要是个人消费者；交易平台有硬件销售渠道和内容分发平台及服务等，详见图10。

五、总结

设想很美好，现实太骨感，目前VR产品的体验仍有很多局限，还不足以进入消费市场；可喜的是投资机构普遍重视、企业研发极其活跃，已启动VR技术发展的第三次浪潮。从市场来看，硬件方面的发展短期内将会呈现百花齐放的姿态，随着Oculus Rift、三星 Gear等主流头显的推出，多数人的目光开始转向了内容制作部分，当前市场内容的匮乏也是影响VR技术的重要瓶颈之一。随着资本市场的投入， 相信VR技术的硬件、内容、人才瓶颈都会得以解决； 相信VR技术除了在本文提出的游戏等十个领域的应用之外[7]，还会产生新领域的应用，期待读者的拓展；相信业内人士认为是对的，20世纪80年代是个人计算机的时代，90年代是网络、多媒体的时代，而21世纪则将是虚拟现实技术的时代。