虚拟现实技术浅析

孔盼

摘要：虚拟现实（VR）技术深受GPU巨头、PC服务器厂商追捧，作为继鼠标+键盘、触屏人机交互后，又一次跨时代革新，被寄予厚望成为新一代的计算平台。游戏作为虚拟现实技术的一个重要分支，沉浸式VR游戏带给用户的游戏逼真度和沉浸感越来越强。从2015年起，虚拟现实游戏的专利申请呈现爆发式增长，但国内的申请多为实用新型且专利价值度不高，核心技术和高价值专利仍为国外大公司所掌握，本文并就虚拟现实游戏领域存在的问题进行了分析，建议国内企业尽早进行全面的专利布局。

关键词：虚拟现实（VR） 游戏  头显

从概念到技术和产品的初步实现，虚拟现实正在逐渐渗透到人们的工作和生活中，目前，虚拟现实已经应用于医疗、教育、新闻、家装、旅游、计算机、体育、购物、影视、娱乐等各行各业。虚拟现实的应用主要可以分为两大类，一是行业应用类，主要包括工业、医疗、教育、军事、电子商务等;二是大众应用类，主要涉及游戏、直播、影视、社交等。

游戏作为虚拟现实技术的一个重要分支，沉浸式VR游戏带给用户的游戏逼真度和沉浸感越来越强。2016年7月初，由任天堂、Pokemon公司、Niantic公司合作推出的基于增强现实与LBS技术的手游（Pokemon Go）仅上线一天时间就荣登免费手机应用下载的首位，众多玩者为之疯狂，并多次引发游戏服务器发生崩溃。

1 技术原理

虚拟现实又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和多感知性为基本特征的计算机高级人机界面。综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术，并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。

VR头显主要通过以下方面使用户沉浸于虚拟世界中：第一，通过凸透镜来扩大使用者的视野，使其能接受到更大的即时图像范围，且用户几乎不会被外界影像干扰;第二，通过固定在头部的螺旋仪，感知使用者头部的运动，并将信息处理并交由图像生成软件，从而使呈现的人眼前的三维图像能以很高的频率实时更新，给与使用者更为真实的视觉感受，让人沉浸其中;第三，通过呈现给人左右眼不同的图像，让使用者获得跟为真实的立体感，使虚拟环境中的三维效果更为突出。

2 技术分支

虚拟现实系统的典型组成包括：虚拟世界生成设备、感知设备（生成多通道刺激信号的设备）、跟踪设备（检测人在虚拟世界中的位置和朝向）和人机交互设备。VR游戏，主要通过头戴式或头盔式显示器进行游戏的交互控制和显示，其主要技术分支主要在以下几个方面：

（1）交互技術，通过各种传感器或摄像机对用户进行捕捉或识别，进而控制头戴式显示器的游戏画面的切换和显示，比如随着头部的转动，游戏画面也进行相应的切换显示等;

（2）安全技术，避免玩家在游戏过程中和实际场景物体发生碰撞。当玩家通过头戴不透明设备在现实空间进行VR游戏时，必须保证玩家的安全，在实现时，通常需要检测拍摄范围内物体的位置，确定玩家的活动范围，确定玩家在执行肢体动作时，物体是否在玩家的活动范围内，如果在活动范围内可能发生碰撞时，则需要发出提示消息;或者，也可以将检测到的现实中的障碍物，置换为虚拟对象物，并将虚拟对象物在头戴设备所显示的虚拟空间内合成于与障碍物的位置相对应的位置;

（3）其他增强游戏沉浸感的技术，包括各种游戏反馈机制以及各种情景模拟技术等。主要通过震动反馈等传感器反馈技术，增强游戏的逼真感。

在现阶段，VR游戏存在一些因技术导致的问题，其所导致的VR游戏的不适性主要表现在以下几个方面：设备性能不足;舒适度较差;交互性不足;游戏内容少。

索尼于2015年提出CN107427722A，用于在用户戴着头戴式装置时管理所述用户的晕动病的方法、系统和计算机程序。在用户戴着正呈现具有多媒体内容的虚拟实境的所述HMD时监测所述用户的物理特性的操作。当用户正经历晕动病时，向所述用户递送补充声音，其中所述补充声音与来自所述多媒体内容的声音组合以递送给所述用户，并且补充声音被界定以减少所述用户所经历的所述晕动病。

歌尔科技在2017年提出CN108126341A，虚拟现实平台的座椅包括VR头显设备和VR座椅运动平台。现有的VR座椅运动平台，同一款游戏只对应一组控制参数，游戏运动数据通过线性转换的方式输出给运动平台产生运动。该方法根据当前用户的身体参数，在预先建立的知识数据库中确定虚拟现实平台的座椅的初始运动参数及各运动参数对应的增益系数，知识数据库中存储用户身体参数、虚拟现实平台的运动参数、各动态生理参数安全阈值的对应关系;在虚拟现实平台按照初始运动参数运动的过程中，实时获取用户的动态生理参数数据;根据动态生理参数数据、动态生理参数安全阈值及各增益系数实时调整座椅的运动参数与用户的画面视野参数。实现针对不同年龄段、不同身体状况的用户，在虚拟现实平台体验过程中自适应调整运动幅度，优化用户的体验效果，对于低强度用户，不会有眩晕恶心等不舒适体感，而高强度的用户能获得极致效果带来的快乐，从而提升用户的体感体验，提高用户留存度。

深圳奇境森林科技于2017年提出CN108096834A，包括（1）规划运动路径;（2）创建自身参考系;（3）内容互动;（4）图像处理优化。软硬结合，通过硬件的动感适配和软件内容的技术优化，基本可以消除体验者在体验虚拟现实内容时产生的眩晕感。结合游戏内容细化、体感设备调试、图像处理技术综合运用，能适配不同游戏内容，使用过程中仅需针对内容本身特质进行参数微调即可。

小米科技于2017年提出CN106267820A，包括：根据预设场景参数，确定虚拟现实游戏的多个游戏场景;其中，所述预设场景参数为不同参数值引起交互者产生不同眩晕程度的场景参数，所述虚拟现实游戏的不同游戏场景引起交互者产生眩晕感的难易程度不同;根据用户的头晕等级，生成所述虚拟现实游戏的所述多个游戏场景中的第一游戏场景，所述头晕等级用于指示所述用户进行虚拟现实交互时产生眩晕感的难易程度。本方法使得不同头晕等级的用户在与同一虚拟现实游戏进行虚拟现实交互时，都能够获得好的交互体验。

3 总结

从1962年出现第一台虚拟现实设备，之后很长一段时间，虚拟现实技术进程缓慢，从2015年起，虚拟现实游戏的专利申请呈现爆发式增长，在虚拟现实技术发展一片大好的形势下，很多人也表示了对虚拟现实技术的担忧：一是虚拟现实设备价格昂贵，让许多消费者望而却步;二是虚拟现实设备对身体的伤害，如沉重的头盔装置带来脊椎负担，360度的全景式展现加重了晕动症;三是虚拟现实设备呈现的内容需要把关。大部分厂商现阶段在VR设备方面专利布局较多，然而在VR游戏内容方面创新较少，VR游戏同质化严重，缺乏创新。虽然如此，虚拟现实技术的快速发展还是在加速推进虚拟场景和真实场景的相互融合，不久的未来，更加健康、更加轻便、更有沉浸感的虚拟现实设备将会成为人们生活的一个重要组成部分。

参考文献

[1]蔡筱霞.虚拟现实发展热点与应用浅析[J].广东通信技术，2018，3：10-14.

[2]刘慧，狄丞，沈凌主编.数字媒体艺术概论2016[M].华中科技大学出版社.2016.