虚拟现实技术教育对未来影视等行业发展的研究

汪永吉

广西民族大学相思湖学院

一、虚拟现实技术概念、发展与外延

（一）虚拟现实技术（Virtual Reality）英文缩写为VR。它是利用特殊装备、信息技术和电脑模拟产生三维虚拟环境，给使用者最大的触动就是视觉、听觉、触觉等感官的综合模拟体验，让使用者如同身临其境一般，甚至从一些现实无法达到的视角来观察三维虚拟世界当中的各种事物，并与这些事物进行互动交互。

虚拟现实技术有三个重要特点：想象性、沉浸感、交互性。就像电影《头号玩家》当中鬼才科学家詹姆斯哈利迪一样，想象任何现实当中存在或不存在的场景。为这个想象当中的世界来设计相应的规则，然后构建它，这就是虚拟现实的想象性，在这个虚拟世界当中。通过计算机仿真和虚拟现实设备对物体进行交互，其沉浸感就是虚拟现实送给体验者最大的惊喜感。当我们戴上虚拟现实眼镜以后可以获得一种完全沉浸在虚拟世界当中的感觉，分不清是真实还是虚幻。

（二）虚拟现实技术发展历程。虚拟现实并不是近几年才有的技术，早在上个世纪30年代，美国作家斯坦利开发了虚拟现实眼镜；到60年代，美国就开发出了第1套虚拟现实的设备和头戴式的显示器，而VR这样的一个概念是一直到上个世纪八九十年代才首次被提出，并且开始了初次的产业尝试，产品包括U-Force。它可以通过红外线检测玩家的动作Power Glove动作手套，还有首款消费级的VR产品_virtually 1000CS。随后诞生了虚拟现实建模语言VRMR任天堂推出的第1款国家设备是virtual boy，但是由于技术的限制，整个行业直到2012年才被正式的引爆起来，标志性的事件就是facebook公司以20亿美金收购了虚拟现实眼镜制造商Oculus，并推出消费级的VR眼镜，随后2016年就被普遍认为是虚拟现实元年，更多的资金、人才都抢先涌入到这个行业当中，为VR技术的发展提供了更多突破性的可能。

（三）虚拟现实技术外延。现实生活中人们往往用VR这一个词去涵盖了其它内容，这其中就包括AR和MR。

用户通过VR技术在虚拟的头盔里仿佛穿越到了另外一个世界，但它只能体验到虚拟世界，而无法看到当下的现实环境；增强现实(AR)在拍摄获取现实世界的画面之后，我们可以再将虚拟的三维模型或者是场景，实时的去叠加在现实世界获取的画面当中，形成一个虚拟叠加浑然一体的环境，用户既能看到真实的世界，又能看到虚拟事物，用锦上添花来形容就最贴切不过了；混合现实(MR)的应用，是将现实和虚拟融合，形成第一人、观众、现实+虚拟环境产生新的可视化的环境。在这个新的可视化的环境当中，物理对象和数字对象同时存在、相互印证，还能够实时的互动，使得用户难以分辨真实世界与虚拟世界的边界，获得一种虚实结合真假难辨的感。

二、虚拟现实的应用

（一）VR头戴虚拟装备。主流是VR头戴显示器，是近年来最热门的VR产品，市面上主流的产品有HTC VIVE、OCULU SCV1等等。VR头盔是将人与外界隔绝，以便能利用头盔显示内部视觉化VR体验环境。引导虚拟用户产生一种身处虚拟环境的感觉配套的定位设备，将用户在现实环境当中的升级动作同步到虚拟世界当中，使得用户可以在虚拟现实的环境当中进行走动，环视和漫游，另外配套的专业定位手柄还可以帮助用户在虚拟现实环境当中进行，进行物体的碰触、抓取、拖拽等等工作，目前虚拟现实头盔广泛的应用于VR游戏，虚拟仿真实验实训，模拟技能的训练，远程医疗协同，虚拟手术训练，房地产的仿真体验，旅游景区的全景漫游等等不同的领域当中。

（二）光学姿态传感交互系统，光学姿态传感交互系统，它是基于一整套精密而复杂的光学摄像头，结合计算机视觉立体识别原理，由多个摄像模块组合而成，从不同角度对目标进行图像的采集，然后依据图像识别和深度检测算法来提取相应的特征点，实现人肢体动作的捕捉，光学姿态传感交互系统的普及可以大大提升虚拟现实的交互性，让虚拟现实的交互可以从手握手笔、手指按键的交互形态转变为就是用自然的肢体动作直接完成对虚拟世界的交互。如果说VR头盔是将我们的眼睛耳朵和手指传送到了虚拟世界当中，那么光学姿态传感交互系统则是将我们的身体四肢都传送到了虚拟世界，并与物体进行交互，目前市场上主流的产品有KINECT、Leap Motion等等。光学交互系统主要应用于运动、游戏、交互、广告、展览展示、肢体动作的虚拟训练等等不同的方面。

（三）虚拟的传感交互系统。由多轴测量组成，每个测量节点都会返回在运动过程当中的三个轴上面的角速度、加速度的值，由测得的数值进行结算，得到使用者的身体姿态。目前市面上主流的产品有诺伊腾惯性动作捕捉套装，无线姿态传感交互系统它被广泛地应用于影视拍摄人因工程分析、交互设计分析、生产线节拍设计分析、运动动作分析、多人大空间的交互等等。

（四）VR模拟动态系统。当为二体验者带上了头盔之后，在现实空间当中的走动可能会带来撞墙绕线等等一系列的安全风险，为此一种VR专用的跑步机应运而生，当人们穿上特制的鞋子，在非二跑步机上的时候，体验者是被一个拦腰的支架柔和的限制在一个圆形的区域范围之内，可以自由的转向，不需要担心头盔、绕线、绊倒自己等等这样的一些危险的发生，可以像平时一样随意的前后左右自由的走动，都会被跑步机巧妙的转动回原来的位置，因此我们就不用担心，碰到势必这样的危险，同时还能够精确的记录相应的数据。人在跑步机上的行走这样的动作会被精确的传送到虚拟世界中，使得人们在虚拟世界当中漫游的时候，获得了更加仿真的感觉，并且极大的保护了被头盔笼罩的用户在体验时的安全性，因此运动同步传感交互系统广泛的被应用于虚拟现实的人机交互、运动同步分析、虚拟现实同步游戏体验等等的方面和领域。

（五）VR混合交互。由传统的虚拟演播室绿屏系统，配合虚拟现实成套设备组合而成，在标准的VR设备之外，增加一套配备VR定位的摄像机，摄像机拍摄绿屏环境当中的体验者，然后扣除所有绿布画面，同时在虚拟世界中的同一个位置上，用一架虚拟的摄像机拍摄虚拟视频的画面，然后将这两幅画面融合在一起，从而就达到了虚实结合的效果，旁观者以第3人称的角度看到了在头盔体验者的人正在体验的场景，以及与场景进行相应的交互，它被广泛的应用在虚拟现实教学虚拟与现实混合交互的一些体验当中。

（六）VR交互驾驶系统。设场景、戴头盔成为VR驾驶真实体验，身临其境、虚拟场景和真实操作成为虚拟驾驶最大的优势。同时能快速、节能、安全、经济、不受时间、气候、场地等等的限制，还可以益教益乐训练并效率很高。关于虚拟现实VR的硬件设备众多，正是因为硬件产品不断丰富和进步，虚拟现实技术才得以快速的发展，给我们的教育、学习、认知、生活等等带来更多的便利和更好的体验。

三、虚拟现实行业分析

（一）VR的发展环境分析。虚拟现实在军事、教育、工业、旅游、房产、医疗、科研、游戏等等多个方面都用应用。以科技领头羊美国为例，制定了政府引导、企业高校主导的发展思路。机构方面：美国国家科学基金会(NSF)资助与VR技术相关的项目，产业创新与合作处(IIP)和民用、机械与制造创新处(CMMI)以及大学本科教育处(DUE)；美国航空航天巨头国家航空航天局（简称：航空局）来说，研发涉及有VR航空、空域和星座计划等，包括大名鼎鼎的星探索(VPE)和未来飞行计划；在武器性能、操控方面美国防部对VR研发也不甘落后。美国高校也是VR研发和应用的重要场所：北卡罗来纳大学(UNC)虚拟现实重点实验室，在航空、医疗、建筑行业研发应用；专注于VR运动，麻省理工学院(MIT)投入颇大；在VR军事仿真、战略演进推移方面，密歇根大学一路要要领先，还受到军方青睐；在VR虚拟化教育和艺术设计方面，华盛顿大学大放异彩，并很多以转化为研究成果；而工程类方向要数伊利诺斯州立大学的远程工程协助；体验性、沉浸式交互由久负盛名的加州大学开发研究等。

（二）VR硬件前景方面。虚拟现实行业已经经过了半个多世纪的发展，已经形成了从输入输出、硬件、内容、制作工具、操作系统、内容制造商到分发平台的一个全产业链，全球所有的大型IT公司都纷纷的布局虚拟现实行业。好莱坞的科幻大片《头号玩家》，从技术层面的角度，实现电影《头号玩家》里那样沉浸式或者增强现实的体验，根本不需要等到2045年，现在行业内就已经有了与电影差不多的内容和体验，比如电影里男主角站在一个全方位的跑步机上，带着虚拟现实眼镜，他就能够在方寸之间挥斥方遒，这个技术在2015年就已经有相 对成熟的体验内容了，还有就是电影主角梦寐以求的，可以在游戏当中感受到触摸疼痛等触感的x1套装，他也已经有公司研发出了类似的装备产品，玩家可以接受游戏当中每一次枪击爆炸这样的触觉反馈，当然是不会受伤的，但非常的过瘾。从技术层面来讲，现在流行的是Oculus Rift设备来说，已经具备了VR初级体验效果。电影里男主角梦寐以求的就是影片中反派公司IOI生产的X1套装，在游戏过程中能够真正感受到疼痛等等，其实全身套装已经有公司研发了出来。2019年3月底触觉团队Hardlight VR将开始发售Hardlight VR的触觉反馈套装，这个套装有点像电影中全身套装的初级版，玩家可以接受游戏中每次枪击爆炸和爆头的触觉反馈。让体验者也能够在虚拟世界当中去装扮出一个完全不同的自己来。

（三）VR发展所需人才。随着技术产业加快和规模不断扩大，VR领域对于专业人才的需求也与日俱增。国内市场权威专业媒体统计，我国2017年VR产值达到160亿元，同比增长164%，预计到2020年，我国VR市场将进入到一个相对稳定期，规模将达到近1000亿元。来自数字权威媒体领英的数据显示，中国市场对虚拟现实人才需求量占到全球的18%，并不断持续的增长中，仅次于美国的48%，排名世界第二。

在这样的一个背景之下，国家出台了相关的政策来促进虚拟现实产业的发展以及人才的培养，各地政府纷纷的扶持虚拟现实的企业，高校、科研机构也适时的展开了对虚拟现实专业的建设和研究。国内市场对于虚拟现实编程开发类美术设计类和影视处理类的人才需求特别的旺盛，编程开发类对应的岗位包括：VR系统架构师、VR研发应用工程师、C++编程开发工程师等；而美术设计类相应的岗位有虚拟现实艺术设计师、3D美工、三维特效师、三维渲染师、动画设计师等等；影视处理类则需要摄影摄像师、导演、后期制作师等等。对于非开发专业的大学生来说，未来的生活势必会更多的在虚拟与现实交互的环境当中来进行切换，会不断的接触和应用到虚拟现实技术，比如旅游购物、装修、驾驶、社交等等，甚至会运用这个技术来实现自己专业的一些可视化的展示。

四、总结

VR深入发展和普及，会对会对当今社会的各行各业形成冲击性的发展，给人以崭新的面貌和身临其境效果向世人诉说着一个新的科技时代的到来。VR的发展离不开国家的支持、教育机构的研究，教育应该在所有的大学生当中开展，作为未来人才信息技术的素养之一，来帮助同学们发挥创新创造的能力，我们相信随着越来越多的人才进入到这个行业，虚拟现实将成为下一代计算平台，深刻的改变我们的社交方式、学习方式以及生产生活的方式。