VR远程虚拟会议系统的设计

邓 卓

(1.湖北工业大学 计算机学院， 湖北 武汉 430068；2.湖北工业职业技术学报 教务处，湖北 十堰 442000)

线下会议能使参会者面对面交流互动、清晰地表达双方观点，但可能会因为会议场地受限、参会者交通不便、疫情封控等因素无法顺利开展[1]。随着信息技术的发展，远程会议可以弥补线下会议的不足，传统远程会议的形式有电话会议和网络视频会议，因其不受空间限制的优点得到企事业单位的青睐。VR(Virtual Reality，虚拟现实)技术是一项新兴技术，用户可以通过简单的操作与计算机模拟出的环境进行交互，是未来教育、医疗、文旅等多个领域的应用趋势[2]，其沉浸式的体验环境和三维的空间模拟，以及对事物细节的体现，在一些关键领域具有巨大的发展前景。不少学者将远程会议与虚拟现实技术相结合提出了 VR 远程会议系统，以此想改变参会者与二维屏幕间单调的交互状态，基于其理论，设计远程多人会议系统的架构和功能，并利用现有VR硬件设备分析其可行性。

1 VR会议系统应用的意义

在疫情的影响下各行业对远程线上会议的需求日渐增大，传统远程会议暴露出了无用户交互、二维平面视角、固定视角、事物细节受限等问题，而现有的基于主机 VR 设备的 VR 远程会议系统，又带来了操作繁琐、用户活动范围受限等问题。针对以上不足，结合现有的移动VR硬件设备，有针对性地设计并开发一套 VR 远程多人会议系统，与传统远程会议相比可以提高用户的沉浸感，与基于主机 VR 设备开发的远程会议系统相比，可以脱离电脑主机和相关附属设备独立运行，提高了用户选择参会地点的自由度。因此具有以下意义：

(1) 提供多样化会议环境。通过三维建模搭建出多种虚拟会议场景，如报告厅、展厅和会议室等，同时可以根据用户需求定制不同风格的会议场景。

(2) 支持文件的预览，包括三维模型文件的全方位展示。本系统支持图片、视频等多种格式文件的浏览，同时利用 VR 系统的优势，可以进行三维模型文件的全方位展示，使用户对产品有更加直观的认识。

(3) 提高参会者的专注度。VR 设备的使用使参会者置身于虚拟会议场景，在参会过程中不受周围环境的影响，有效提高用户参会过程中的专注度。同时引入虚拟替身，有效增强参会者的互动感，给用户带来真实的沟通体验。

(4) 提高用户的自由度。VR 一体机设备的使用带来了极大的移动性和便携性，不同于 VR 头显设备，参会者无需依赖 PC 设备，扩大了用户的活动范围。

本系统相较于传统远程会议提升参会者的沉浸感，改善人与机器间枯燥的交互状态，相较于主机 VR 会议系统提升参会者的自由度，降低用户的学习成本。同时研究提升 VR 系统真实感、降低设备渲染压力对于其他虚拟现实系统也有一定的参考意义。

2 系统架构设计

移动 VR 远程多人会议系统为三个层次，功能界面层、逻辑处理层、数据层。系统总体架构如图1所示。

图1 系统架构图

2.1 功能界面层

该层是最接近用户的一层，主要定义了人机交互行为，如会议场景选择、会议房间创建等。功能界面层作为本系统功能的入口，需要设计合理的人机交互界面供用户使用。

2.2 逻辑处理层

该层主要实现系统的实时渲染和业务逻辑处理，分为客户端逻辑处理层和服务端逻辑处理层，鉴于本系统基于 C/S 模式，因此客户端主要负责对服务端的响应结果进行表现，对画面进行实时渲染；在服务端完成主要业务逻辑处理和数据计算，从而减轻移动 VR 设备的计算压力，提升运行效率。

2.3 数据层

该层进行数据的持久化存储，分为数据库服务器和资源文件服务器，其中数据库服务器存放用户账号信息等数据，资源文件服务器存放企业的相关资源文件。

3 系统功能设计

移动 VR 远程会议系统划分为 5 个功能模块，每个功能模块还包含若干子功能，如图2所示。下文对各个功能模块进行详述。

图2 功能模块图

3.1 消息处理模块

该模块是系统的核心，负责消息的传输与分发。消息的传输是指客户端将请求消息序列化后发送至服务端，消息的分发是指服务端将响应消息分发至相应客户端，同时客户端需将收到的响应消息进行反序列化，调用相应功能模块进行处理。

3.2 用户权限模块

该模块包括注册、登录和人员管理三个功能。用户身份分为参会者身份和管理员身份，登录时系统会检测账号类型，管理员身份的用户具有开启会议、将参会者移出系统等权限，而参会者身份的用户仅能管理自己的账户信息。

3.3 场景管理模块

该模块负责会议场景切换和用户虚拟替身的漫游。在会议系统中搭建了满足不同需求的多种虚拟场景，用户可根据需要选择不同的会议场景，同时用户可以操作虚拟替身在会议场景中漫游。

3.4 文件管理模块

该模块负责文件的预览和下载，支持三维模型文件的展览。系统将文件划分为四种类型，分别为图片、文档、视频和三维模型，用户选择某个文件类型就会显示该类型下的所有文件。借助 VR 系统的优势，实现对三维模型文件的互动展示功能，用户可通过手柄对三维模型进行全方位的观察。

3.5 在线会议模块

该模块实现主讲人对参会者的管理和对会议屏幕的控制。具有主讲人身份的用户有权开启会议，其他用户只需加入对应会议房间即可参与会议。参会者可以开启麦克风进行语音讨论，同时主讲人可以使用会议屏幕进行文件的演示，实现参会者对会议屏幕的协同浏览。

4 系统数据库设计

为保证移动 VR 远程会议系统的可靠性，需保存用户以及企业的相关数据[3]。数据库是远程会议系统的关键部分，对数据库进行合理的设计可以加快查询速度、提升服务器的处理效率，同时也有利于系统的维护和扩展。本系统的数据库实体主要包括用户信息、虚拟替身信息、企业信息和场景信息，实体——联系图如图3所示。

图3 数据库 E-R 图

4.1 用户信息与虚拟替身信息数据库

用户信息数据库主要包含有已注册用户的用户名、单向HASH加密算法之后的用户密码、账号的基本状态和权限等信息。同时为了满足部分用户的匿名参会需求，开发了虚拟替身信息数据库，该信息库在已有的明文用户信息基础上，通过一定范围的信息遮盖和替换，给用户加上虚拟信息，以实现匿名化。

4.2 企业信息数据库

该信息库主要用于储存使用企业的各项信息，并与用户信息相对应，用户可自动绑定至相关企业，实时调用相关信息，而不用手动填写。

4.3 场景信息数据库

包括场景的名称类别等基本信息，并与企业信息绑定，在设定好的场景中二次使用时，可以实现服务端的快速加载。

5 移动VR设备分析

为实现高移动性的 VR 远程会议系统，选择 Pico Neo2 作为硬件平台，与 VR 头显设备进行对比，分析VR 一体机设备的优缺点，使后续的开发工作更有针对性。主流的VR 设备有 HTC Vive、Oculus Rift 等，选择较为典型的 HTC Vive 作为 VR 设备的代表，和 Pico Neo2 进行对比。

HTC Vive 属于VR 头显设备，除包含头戴式显示器、两个手柄控制器、一对定位基站外，还包含数根连接线，使用时必须连接电脑主机，整套设备如图4所示。HTC Vive 借助电脑设备的显卡完成图像的渲染，计算性能取决于显卡性能。其定位基站采用发送追踪激光的方式确定头戴设备和控制器的位置，激光发射器位于两边基站，精度较高。HTC Vive 的头戴设备采用 OLED 屏幕，具有良好的显示效果。

图4 HTC Vive 设备图

注：1.头戴式VR显示设备；2.立体音箱；3.分布式定位基站；4.手柄控制器；5.内置电池；6.多点位摄像机；7.电源及通讯线材

Pico Neo2 属于VR 一体机设备，该设备仅包含头戴显示器、两个手柄控制器，使用时无需连接外部设备。

Pico Neo2 的头戴设备和手柄内置电池，可以脱离数据线独立使用。头戴设备采用了高分辨率的 TFT-LCD 液晶屏，具有良好的显示效果。手柄控制器采用了电磁方案，具有较好的稳定性和追踪性。Pico Neo2 内置渲染芯片和空间定位芯片，无需额外地定位基站等设备，令使用者更加自由。

HTC Vive 的图像渲染通过高性能的电脑显卡完成，且通常搭配运动捕捉设备等外接设备使用，其性能和运动捕捉功能较强，且无需与电脑主机和定位基站等其他设备连接，使用范围不受线缆长度的限制，具有极高的移动性和便携性。

6 结语

此次研究结合现有的移动VR硬件设备，设计了一整套远程多人会议系统，通过功能界面设计、逻辑处理设计和数据库设计，解决了传统线上会议系统和基于PC的VR会议系统的弊端，提升了用户体验。

但由于 Pico Neo2 设备基于安卓平台，使用内置的计算芯片渲染图像，设备的计算性能较差，因此图形渲染高度依赖与其相连的桌面终端设备，会造成同一套设备在不同终端上效果不同的差异。同时因其设计上的高便携性，使得其电池容量较小，在脱离外接电源的情况下使用时间较短，且相关配件较少，硬件层面的可扩展性较低。这也是以后可以继续深入研究的方向之一。