VR技术特点分析研究

陕彬

【摘要】在科技迅速发展过程中，VR技术也在不断完善，VR技术包含了多媒体技术、互联网技术等多种技术，其属于综合型信息技术。将其应用到教学中，可通过营造良好教学情境，激发学生学习积极性，进而提升课堂教学效率及教学效果。详细解析VR技术的特点将此技术应用到教学中，可推动教学方式、教学模式的创新，这对推动我国教育行业稳定发展、培养专业人才具有重要意义。本文就VR技术的特点展开叙述。分析了VR技术及特点，研究了VR系统关键技术。

【关键词】VR技术;特点;分析

1 VR技术及特点

1.1VR技术

VR技术属于综合型技术，其主要包含了计算机技术、仿真技术、信息网络技术、传感技术等技术，其可利用计算机为用户营造良好的虚拟空间，使用户可在此空间中实现交互，进而获得各种信息。使用者在移动位置时，计算机也将通过计算，利用3D技术为用户营造与真实相同的虚拟空间。其主要涉及到的开发技术为：VRML、XML、X3D等技术。

图一 VR系统开发技术

1.2VR技術特征

VR技术的特点主要为沉浸性、交互性、想象性这几种。正是由于VR技术具有以上特点，将给用户一种真实感，并且与虚拟世界进行交互操作。

1.2.1沉浸性特征

其也可称为侵入性，主要包含虚拟技术为用户提供的视听觉感受、运动感受等感受方面的入侵。完全沉浸感指的是用户在进入虚拟环境当中后，将被虚拟环境包围，并且未设置屏幕框，真实世界也不会对用户造成影响，采用此种体验方式用户就如完全位于虚拟环境中。此外，采用此种体验方式，用户可获得虚拟环境的视觉、听觉等多方面感受，并且获得一种真实的感受。若用户沉浸在虚拟环境当中，其并不能区分虚拟环境中事物的真假。

1.2.2交互性特征

交互性特征指的是用户利用相应设施，使用户在虚拟空间中进行感受，并且可观察、控制虚拟世界中的事件。计算机与相关设施可通过获取用户的操作行为，反应用户的控制行为并及时进行反馈，如此用户可及时获取相关操作将形成的成果。与传统计算机操作方式不同，VR技术交互方式更为自然，相关设备可识别用户抓取、移动等动作，这种交互方式可使用户成为整个虚拟活动的参与者，可提升用户体验。

1.2.3想象性特征

正是由于VR技术具有想象性这一特征，虚拟世界变得更为生动、丰富，不论是宇宙还是微尘，在虚拟空间中均可充分展现在用户眼前。虚拟环境是由人们依据真实世界虚拟、创造出的虚拟世界。VR技术的想象性特征使得其不仅可营造与现实世界相似的虚拟环境，还可营造现实世界不存在的事物或环境;同时还可模拟、仿造真实世界中存在的事物，也可营造由人想象出的事物。

2 VR技术关键技术

由上文可知，VR技术属于综合型技术，其主要包含了实时三维计算机图形技术、立体显示技术、跟踪技术、立体声、网络传输等技术。下文将对这些技术进行简要探析。

2.1实时三维计算机图形

与其他技术相比，通过计算机模型可形成相应图形及图像。若设置有准确的模型，通过一段时间的设计及转化，可形成不同物体的图像，但是VR技术要求的是实时形成相应图像，比如：飞行模拟系统当中，图像更新速度对用户体验具有重要影响。此外，VR技术对图像质量要求也较高，由于需在虚拟环境中实时形成相应图像，如此将增加图像形成难度。

2.2显示

由于人的两只眼睛位于不同位置，其在观察世界时，将获得不同图像，并在大脑中将获取的图像整合起来，从而形成人对于周围世界的体验及感受，其中包含了事物与人的距离等信息。同时，可通过物体大小对比、眼睛焦距等方式获取人与事物距离信息。

VR系统当中，人体眼睛视觉系统具有重要作用。由于用户眼睛看到的图像并不是同时看到的，因此其可展现在不同显示器中。部分VR系统选用的是单个显示器，用户在佩戴相应设备后，其中一只眼睛可观察到奇数侦图像，而另一只眼睛则可观察偶数帧图像，正是由于两只眼睛观察到的图像侦不同，可形成一种立体感。

用户跟踪：在虚拟世界中，所有物体均有其与系统相符的特定坐标及姿态，用户在系统中也具有其坐标。在虚拟环境中，用户观察到的景象是通过用户位置及用户头部位置、方向确定的。

跟踪用户头部运动的虚拟现实头套：传统计算机图形技术当中，用户需利用鼠标或键盘改变用户视角与视场，此方式中用户视觉与运动感知并不相同。而VR系统中，通过头部跟踪方式转变用户视角与视场，如此可确保用户视觉系统与运动感知相结合，给用于一种真实的感觉。此外，在VR系统中，用户不仅可利用眼睛感受、了解环境，还可通过头部运动了解周围环境。

现阶段，普通计算机用户仍使用键盘与鼠标完成人、计算机交互操作。三维空间当中，使用键盘、鼠标这些方式并不合适。整个三维空间当中具有6个自由度，并不能有效使用鼠标或键盘反应三维空间的运动。现阶段，3Space数字化仪等多个设备可提供6个自由度。此外，数据手套、数据衣的性能也较好。

2.3声音

人们可依据声音确定其声源方向。在水平方向方面，人们可依据声音强度、相位差，分析声音传来的方向（声音传到人两只耳朵的时间与距离并不相同）。立体声就是依据人左右耳听到声音时间不同这一特点在不同位置录制不同声音形成的，其可给人方向感。在人转动其头部时，其听到的声音方向也将随之变化。然而在VR系统当中，声音方向并不能依据用户头部运动情况变化。

2.4感觉反馈

在整个VR系统当中，用户可观察到虚拟的事物。当用户想用手触摸时，并不能获得与真实物体接触的感觉，且用户的手可能穿过虚拟事物，这种现象在真实世界中并不存在。为有效解决这一问题，提升用户体验，可在手套内存设置振动触点，为用户模拟触摸真实物体的感觉。

2.5语音

在整个VR系统当中，语音输出对用户体验具有重要影响。因此，为提升用户体验，需保证虚拟环境可听懂用户的指令，并与用户进行实时交互。计算机并不能识别用户语言，其主要原因是：用于语音信号与自然语言信号较为复杂，比如：用户语音中并未有停顿，且相同词语的发音并不相同，不同用户语音不同，且相同用户在不同环境中语音也存在一定差异。

在语音输出方面存在以下问题：第一，效率。为保证计算机可理解用户语言，则用户需输入较为啰嗦、简单的语言;第二，正确性。计算机理解语言时并不能如用户一样智能。

3 VR设备种类

我们可依据VR技术交互程度、沉浸性程度将气划分为以下几种：

3.1桌面式虚拟现实系统

计算机显示器将作为虚拟环境的视觉窗口，利用计算机、鼠标、键盘、追踪设备等将交互设备连接在一起，同时对相应数据信息进行传输，进而为用户呈现较为真实的虚拟环境。研究发现“窗口虚拟现实系统”大多用于场景漫游环境当中。其也可被称为“纯软件虚拟现实系统”，此类系统大多应用在高校或实验室当中。由于桌面式虚拟现实系统具有多种优势，因此其使用范围较广。

3.2沉浸式虚拟现实系统

在使用此VR系统时，相关设备将阻隔用户与真实世界。在使用过程中，用户需佩戴头部式显示器、交互设备（大多为数据手套），进行交互式操作。在此系统中，相关设备將用户的感官体验转移到虚拟环境当中。在整个虚拟环境中，可使用控制输入设备保证用户与虚拟环境之间的交互，进而使虚拟环境发生反应。通常情况下，沉浸式设备梯形比较大，造价成本较高，因此其并未在我国得到广泛应用。

3.3增强式虚拟现实系统

在增强式虚拟现实系统中，可向用户展示真实世界与虚拟世界。用户在使用过程中，并不要求其感知的全部环境均为虚拟环境，系统可模拟部分环境。用户可在现实世界中进行相关操作，从而使虚拟世界发生相应变化。用户可佩戴加强现实显示的设备，如此可实时计算用户位置信息并及时更新。此类设备不仅可保证用户具有真实世界的感觉，也可模拟虚拟世界并将其展现给用户，如此可减少计算机计算量，通过计算机计算、分析，人类可获知超过自己数据分析能力的信息。

3.4网络分布式虚拟现实系统

此项VR系统属于以上几种系统的综合型系统。网络分布式虚拟现实系统中使用的附加网络技术，对虚拟环境的约束并不大。用户可使用网络技术与其他用户实现交互，所有存在于虚拟环境中的用户均可对虚拟环境、用户进行操作，进而形成一定反应，如此可保证虚拟现实技术可依据项目复杂性进行多人合作。关于协同工作的研究则是VR技术的新研究重点，但是还不够完善。其主要研究了VR技术中人与人之间的互动、人与及其之间的互动、人与场景之间的互动等技术问题。虚拟环境中的集体工作，可加强对问题的研究、分析，以保证问题可及时解决。分布式虚拟现实技术可无视空间位置的影响，确保位于不同地区的人可在同一虚拟场景中工作。

总结：VR技术属于综合信息技术，熟悉和掌握VR技术的特点，研究VR系统关键技术。可以将其应用到教学中，提升课堂教学效率及教学效果。可推动教学方式、教学模式的创新，这对推动我国教育行业稳定发展、培养专业人才具有重要意义。

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