基于VR技术的运动健身游戏

金陵中学河西分校 刘子涵

一、什么是VR技术

VR技术即虚拟现实技术，指通过特定的设备，将提前编写好的虚拟环境通过视觉、听觉以至于触觉、嗅觉、味觉等感觉真实地为使用者再现，通过对数据的传入及传出处理，可实施实时监测、碰撞交互等一系列功能。它通过对多种技术如实时三维计算机图形技术，广角立体显示技术，对使用者头、眼和手的跟踪技术等的综合，为使用者还原一个堪称无比真实的世界[1]。

同时，VR技术是仿真技术的一个重要研究发展方向，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。其主要包括模拟环境、感知和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成三维立体，仿真度极高的图像。感知是指VR应具有一切人所具有的感知。除视觉感知外，还应有听觉、触觉甚至嗅觉和味觉等。传感设备是指用于VR英勇的三维交互设备。

当今，VR技术用到的硬件设备[2]：（1）Oculus Rift。（2）HTC Vive。（3）索尼PlayStation VR。

二、VR技术的现状和当今人们运动健身的现状

随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的告诉发展，虚拟现实已得到国家有关部门和科学家们的高度重视，引起我过各界人士的关注，研究与应用。

在快节奏的当今社会，许多针对健康的调查报告都呈现出一个共同的趋势：亚健康人数比例在不断上升。究其原因，是因为工作时间与闲暇时间比例的严重失衡及城市空间的不断被占用使很多人没有办法进行健身。也因此，健身人群也在不断向类似健身房一类的室内健身空间聚集，虽然这些场所一定程度上地解决了部分人的问题，但是有相当一部分的人更新华下班玩一些电子游戏，从而没有时间进行体育锻炼。因此，基于VR技术的健身运动成为了大众所关注的项目。

三、基于VR自行车越野游戏

基于虚拟现实的自行车越野游戏，用户在室内健身自行车做骑行，虚拟现实技术会提供不同的骑行场景。看到不同的场景，比如在海边，在环境比较优美的公路，虚拟现实技术也可以提供听觉上的东西，比如别人汽车的声音、如果在海边就会有流水的声音。如果选择比较崎岖的路线的话，在刹车或者高低不定地势上回有相应颠簸的感觉。这个游戏只需用户带上需要的VR器械，眼镜、感知仪器等相关器械，然后利用室内健身自行车就可以运动了。如果联网的话，有相同的用户在同一条上的同一个地方在恰好的时间可以看到别人，用户可以自己设定自己的形象（孙悟空，蜘蛛侠），这个主要展示给其它游戏者看到。也可以制作自己本人的形象。

用户还可以自己相应赛道模式。在单机模式下，用户可以选择单独骑行，在VR构造出的虚拟世界中骑完全程。也可以设定NPC参与其中，或是在路边驻足助威的路人，或是同用户一同骑行的伙伴；在联机模式下，用户既可以选择如前文所述在相同的由游戏公司设计的游戏自备公共地图内实时与其他用户相遇的模式，也可以选择创建房间导入自行设计的地图而让他人加入其中一同骑行的模式。用户还可以自行选择类似普通骑行或是竞赛骑行，亦或是天梯排位一类的模式，根据自身或是纯粹休闲，或是休闲同时也在锻炼的需求而决定。

1.VR自行车越野游戏用到的器械

健身自行车：健身者的脚踏力由健身车传动部件传递给飞轮、飞轮的转速以及加、减速度可由制动部件控制，转向由龙头控制，飞轮与安装在底座上的测速电动机的驱动轴组成摩擦传动模拟真实地骑行感觉[1]。

运动捕捉输入设备：虚拟现实系统希望令用户沉浸在其所构建的虚拟场景中，虚拟现实技术研究的重点一直是在提升用户的沉浸感，希望将用户在现实世界中的操作映射到虚拟场景中。

语音控制输入设备：语言作为一种交互工具在我们的生活中己经密不可分，将虚拟现实技术与语音控制技术结合起来也是虚拟现实技术的一个研究方向。现实生活中我们也会使用语音控制输入设备，通过语音来完成一些操作[3]。

无线传输设备：蓝牙也可以是wifi，主要用来实时传输同步产生的数据。

2.VR自行车越野游戏用到的技术

虚拟场景重建：无论是重建一个世界、一个场景或是一个物体，都需要初始化的参数。对于虚拟现实系统来说，所需要的参数即为上章所述而传输的信息。

操作平台：无论是二维场景还是三维场景，其呈现平台统一为iOS设备。

三维场景呈现：三维场景与二维场景最大的差异是其场景的逼真性，而逼真正是虚拟现实技术所追求的目标，所以目前市面上的虚拟现实系统大多采用三维场景来呈现其虚拟世界。三维场景的高速发展，也促使了其实现的简便性。

3.VR自行车越野游戏的优势

在娱乐中做到健身：能在游戏中锻炼身体历来就是人们所向往的事情，健身游戏比起传统的健身方式显然更受人们尤其是年轻人的喜爱。以游戏的方式进行自行车骑行运动，既能让人自行选择在喜欢的环境中运动，又能以十足的趣味性使人不至于想要放弃。而对于上班族而言，除了极少部分，结束了一天的工作之后第一个想到的肯定都是放松自己，VR健身游戏则能满足他们的精神需求，而同时又能保证他们的身体能拥有应有的锻炼而不至于被疲劳压垮。既不会出现无法兼顾健身和娱乐这样的情况，又能让喜欢娱乐甚于健身的人有理由有动机健身。

感受现实没有的体验：不少年轻人都追求新奇，例如在云层中骑行或是在大海上骑行会是什么样的感受。对于这种想要体验不同运动场景、想要体验在现实中没有的赛道的人，前文提及的VR游戏自备的不同场景或是可自行设计的场景则能充分地满足他们的想象。

解决健身场馆问题：在不少的城市都有专门的健身馆，但健身馆的收费对于学生以及工资状况不算良好的普通民众而言也是一笔不小的开支。且在现在的环境下，专门用于健身的公共场所越发稀少，很多都需要使用公园等本用作休闲的公共场所进行健身锻炼，而因此带来的嘈杂、占用空地等因素在一定程度上会妨碍到其他人的休息。在自然环境中进行锻炼，又会受到天气的制约，比如在阴雨天下是肯定无法进行室外活动的，而使用VR设备进行锻炼则不会受这一点的影响。

图1 VR自行车越野游戏的概念图

减少意外事故发生的几率：户外健身的一个不可忽视的问题就是安全性，我们常常能看见因运动健身而发生意外的悲剧刊载于报，例如在这一领域中死亡人数比例堪称遥遥领先的“极限挑战”，若是以VR构建出相关场景，再采取其它的措施使其模拟出极限却又能及时施救、确保安全的场景，则不会有那么多的事故发生。而在家中进行VR健身的话则更简单，虽说不是随时能备好药，但安全系数比及户外健身则上升了好几个层次。

4.VR自行车越野游戏的概念图（见图1）

四、VR游戏有哪些优势，VR游戏有哪些不足

VR环境具有很多优势，而其最大的优势就是堪称与现实环境无二的逼真沉浸感。在建模优秀的情况下，用户可以真实地用身体感受到“秀才不出门，尽知天下事”的体验。而作为未来构成VR环境的重点之一的VR游戏，更是可以将这样的优势发挥到很大的地步。通过对环境逼真的模拟，可以很轻易地达成现阶段许多游戏所追求的3D效果而同时还能通过传感设备达成游戏所极力追求的真实感[7]。

VR设备所需成本很高且国内能够搭载的应用偏少，且迄今为止没有一部真正意义上的VR影视作品，许多普通人不会愿意买回一款只有几个应用可用的设备。例如HTC VIVE VR售价近7000元，仅售价就让多数玩家望而却步，

同时，使用VR设备时间久时会令使用者有眩晕感，其中的原因有：

身已动而画面未动：如果无法获取VR眼镜的姿态和平移信息，则无法感知到移动视差。身体移动后，观看视点的位置和观看角度也随之改变，但人眼看见的3D画面并没有相应的改变。这会导致大脑在处理视觉信息和肢体运动信息时产生冲突，从而在一定程度上导致眩晕不适。

画面已动而身未动。目前虚拟现实的应用还局限在一个非常有限的物理空间内。当画面快速变化时，我们身体的运动也应该与之匹配，但受到运动范围的限制，身体并没有产生对应幅度的运动，从而在大脑中产生了肢体运动信息和视觉信息的冲突。例如，通过虚拟现实体验过山车时，观看地点和角度在快速地变化，但身体却保持不变。当VR画面变化（过度）越快时，大脑产生的冲突越明显。