导语

VR是Virtual Reality的缩写,中文的意思就是虚拟现实,概念是在80年代初提出来的,其具体是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段。经过了数十年的积累和发展,当下的人们对VR已经越来越了解,对于VR技术的应用也越来越成熟。如今,VR技术已经广泛的应用到了游戏、娱乐、医疗、教育、房产等各个领域,并且受到了人们的欢迎。很多人都开始认为,VR技术是人类下一代的操作平台,将会彻底改变人们以往的操作习惯,这是一项引领人类科技发展的技术。那么VR技术到底经历了怎样的发展历程,如今又有什么样的应用呢?那么就跟随本期专题,一起了解一下吧!

VR技术发展史
对于很多人来说,VR还是一个新技术,但是实际上,早在上个世纪四十年代左右,虚拟现实这个概念就已经出现了,后来经过数十年的积累和发展,才成为如今备受推崇的VR技术。总得来说,VR技术的发展历史可以分为以下几个阶段。
VR技术的模糊幻想阶段
VR技术的模糊幻想阶段

关于“虚拟现实”这个词的起源,目前最早可以追溯到1938年法国剧作家知名著作《戏剧及其重影》,在这本书里阿尔托将剧院描述为“虚拟现实(la réalité virtuelle)”。人类对科技的挺进,最先都是基于文学或者艺术作品体现出来。先由一个作家在一个作品提出,接着会有另外一个作家在另一个作品里完善,慢慢把大家人类在发展过程中所遇到的需求包装成科幻作品提了出来,等待这伟大的科学家来实现。1950年的时候,美国科幻作家雷·道格拉斯·布莱伯利开始在小说《大草原》一文中提到VR旅游的桥段了。

VR技术的萌芽发展阶段

有资料显示,1956年,具有多感官体验的立体电影系统Sensorama就被开发。但目前的多方面资料认为,莫顿·海利希是在1960年才获得Telesphere Mask专利的,这个专利图片看起来跟今天的VR头显差不多。到了1967年,Morton Heilig才构造了一个多感知仿环境的虚拟现实系统,这套被称为Sensorama Simulator的系统也是历史上第一套VR系统。由莫顿·海利希(Morton Heilig)开始,虚拟现实继续在文学领域发酵,同时也有科学家开始介入研究。经过这几个人的努力,VR终于从科幻小说走出来,面向现实,并开始出现了实物的雏形。

什么是VR?
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VR概念的产生和理论的形成

在1973年,Myron Krurger提出“Virtual Reality”概念后,对于这一块的关注开始逐渐增多。在整个20世纪80年代,美国科技圈开始掀起一股VR热,VR甚至出现在了《科学美国人》和《国家寻问者》杂志的封面上。但在80年代最为著名的,莫过于VPL Research。这家VR公司由VR先行者Jaron Lanier在1984年创办,随后推出一系列VR产品,并再次提出“Virtual Reality”这个词,得到了大家的正式认可和使用。Jaron Lanier被成为”虚拟现实之父“载入了史册。到了90年代,VR热开启第一波的全球性蔓延。与此同时,虚拟现实在全世界得到进一步的推广,尽管得不到市场的认可,但大大丰富了讯现实领域的技术理论。

VR技术的静默酝酿期

在21世纪的第一个十年里,手机和智能手机迎来爆发,虚拟现实仿佛被人遗忘。尽管在市场尝试上不太乐观,但人们从未停止在VR领域的研究和开拓。索尼在这段时间推出了3公斤重的头盔,Sensics公司也推出了高分辨率,超宽视野的显示设备piSight,还有其他公司,也在连续性推出各类产品。由于VR技术在科技圈已经充分扩展,科学界与学术界对其越来越重视,VR在医疗、飞行、制造和军事领域开始得到深入的应用研究。

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VR元年的井喷

2012年8月,19岁的Palmer Luckey把Oculus Rift摆上了众筹平台Kickstarter的货架,短短的一个月左右,就获得了9522名消费者的支持,收获243万美元众筹资金,使得公司能够顺利进入开发、生产阶段。两年之后的2014年,Oculus被互联网巨头Facebook以20亿美金收购,该事件强烈刺激了科技圈和资本市场,沉寂了那么多年的虚拟现实,终于迎来了爆发。在中国,VR虽然在硬件圈一直很火,但在2015年之前,都还没有进入主流的IT圈,以导致这段时间很多南方的硬件公司融不到钱死去了一大半。直到2015年年末,主流科技媒体再次把VR扶到了元年的位置上,虚拟现实正式成为”风口“,由此拉开了轰轰烈烈的VR创业淘金运动。

VR的关键技术
VR是一个将多项技术进行整合,然后呈现在用户面前的技术,它所涉猎的技术之广、对相关行业要求之严格,也是十分突出的。尤其是在视觉、听觉以及实现形式等方面,都有着极为严苛的要求。
VR设备
parameters
一般的虚拟现实设备至少包含一个显示屏、一组感测器及一组计算组件,这些东西被组装在这个设备中.显示屏用来显示仿真的视频,投射在用户的视网膜上、感测器则用来感知用户的旋转角度、计算组件则收集感测器的数据,决定显示屏显示的画面为 何。额外的设备可能包括一台高级电脑,用以补充计算组件的不 足. 也可能有一对把手及定位器,用以侦测用户的位置。
实时三维计算机图形
parameters
相比较而言,利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。如果有足够准确的模型,又有足够的时间,我们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像,但是这里的关键是实时。例如在飞行模拟系统中,图像的刷新相当重要,同时对图像质量的要求也很高,再加上非常复杂的虚拟环境,问题就变得相当困难。
显示
parameters
在VR系统中,双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的,显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器,但用户带上特殊的眼镜后,一只眼睛只能看到奇数帧图像,另一只眼睛只能看到偶数帧图像,奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。
声音
parameters
人能够很好地判定声源的方向。在水平方向上,我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向,因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的,所以会有一种方向感。现实生活里,当头部转动时,听到的声音的方向就会改变。但目前在VR系统中,声音的方向与用户头部的运动无关。
感觉反馈
parameters
在一个VR系统中,用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它,但是你的手没有真正接触杯子的感觉,并有可能穿过虚拟杯子的“表面”,而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。
语音
parameters
在VR系统中,语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言,并能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的,因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。例如,连续语音中词与词之间没有明显的停顿,同一词、同一字的发音受前后词、字的影响,不仅不同人说同一词会有所不同,就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。
VR技术的应用
VR技术之所以能够备受推崇,其中一个重要方面就是“变革”,它改变了人类以往的键鼠或者触控的交互方式,将所有的交互建立在一个虚拟的世界中,让人们的想象力和创造力得到了极大的提升,所以很多传统行业都因为VR技术的出现,获得了更多的发展空间。
教育
教育

VR应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境,由传统的“以教促学”的学习方式代之,为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。教育部在一系列相关的文件中,多次涉及到了虚拟校园,阐明了虚拟校园的地位和作用。虚拟校园由浅至深有三个应用层面:简单的虚拟我们的校园环境供游客浏览;基于教学、教务、校园生活,功能相对完整的三维可视化虚拟校园;以学员为中心,加入一系列人性化的功能,以VR技术作为远程教育基础平台。随着VR技术的不断发展和完善,以及硬件设备价格的不断降低,VR技术以其自身强大的教学优势和潜力,将会逐渐受到教育工作者的重视和青睐,最终在教育培训领域广泛应用并发挥其重要作用。

医学

VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在医学院校,学生可在虚拟实验室中,进行“尸体”解剖和各种手术练习。用这项技术,由于不受标本、场地等的限制,所以培训费用大大降低。一些用于医学培训、实习和研究的VR系统,仿真程度非常高,其优越性和效果是不可估量和不可比拟的。外科医生在真正动手术之前,通过VR技术的帮助,能在显示器上重复地模拟手术,移动人体内的器官,寻找最佳手术方案并提高熟练度。在远距离遥控外科手术,复杂手术的计划安排,手术过程的信息指导,手术后果预测及改善残疾人生活状况,乃至新药研制等方面,VR技术都能发挥十分重要的作用。

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房产

VR技术是集影视广告、动画、多媒体、网络科技于一身的最新型的房地产营销方式,在国内的广州、上海、北京等大城市,国外的加拿大、美国等经济和科技发达的国家都非常热门。同时在房地产开发中的其他重要环节包括申报、审批、设计、宣传等方面都有着非常迫切的需求。VR不仅仅是一个演示媒体,而且还是一个设计工具。运用VR技术,设计者可以完全按照自己的构思去构建装饰“虚拟”的房间,并可以任意变换自己在房间中的位置,去观察设计的效果,直到满意为止。既节约了时间,又节省了做模型的费用。

游戏

三维游戏既是VR技术重要的应用方向之一,也为VR技术的快速发展起了巨大的需求牵引作用。尽管存在众多的技术难题,VR技术在竞争激烈的游戏市场中还是得到了越来越多的重视和应用。可以说,电脑游戏自产生以来,一直都在朝着VR的方向发展,VR技术发展的最终目标已经成为三维游戏工作者的崇高追求。从最初的文字MUD游戏,到二维游戏、三维游戏,再到网络三维游戏,游戏在保持其实时性和交互性的同时,逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加强。我们相信,随着三维技术的快速发展和软硬件技术的不断进步,在不远的将来,真正意义上的VR游戏必将为人类娱乐、教育和经济发展做出新的更大的贡献。

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娱乐

丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高,故近些年来VR在该方面发展最为迅猛。作为传输显示信息的媒体,VR在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术(如油画、雕刻等)转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。另外,VR提高了艺术表现能力,如一个虚拟的音乐家可以演奏各种各样的乐器,手足不便的人或远在外地的人可以在他生活的居室中去虚拟的音乐厅欣赏音乐会等等。

文物古迹

利用VR技术,结合网络技术,可以将文物的展示、保护提高到一个崭新的阶段。首先表现在将文物实体通过影像数据采集手段,建立起实物三维或模型数据库,保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源,实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存。其次利用这些技术来提高文物修复的精度和预先判断、选取将要采用的保护手段,同时可以缩短修复工期。通过计算机网络来整合统一大范围内的文物资源,并且通过网络在大范围内来利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示文物,从而使文物脱离地域限制,实现资源共享,真正成为全人类可以“拥有”的文化遗产。

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工业仿真

当今世界工业已经发生了巨大的变化,大规模人海战术早已不再适应工业的发展,先进科学技术的应用显现出巨大的威力,特别是VR技术的应用正对工业进行着一场前所未有的革命。VR已经被世界上一些大型企业广泛地应用到工业的各个环节,对企业提高开发效率,加强数据采集、分析、处理能力,减少决策失误,降低企业风险起到了重要的作用。VR技术的引入,将使工业设计的手段和思想发生质的飞跃,更加符合社会发展的需要,可以说在工业设计中应用VR技术是可行且必要的。

演播室

随着计算机网络和三维图形软件等先进信息技术的发展,电视节目制作方式发生了很大的变化。视觉和听觉效果以及人类的思维都可以靠VR技术来实现。它升华了人类的逻辑思维。虚拟演播室则是VR技术与人类思维相结合在电视节目制作中的具体体现。虚拟演播系统的主要优点是它能够更有效地表达新闻信息,增强信息的感染力和交互性。传统的演播室对节目制作的限制较多。虚拟演播系统制作的布景是合乎比例的立体设计,当摄像机移动时,虚拟的布景与前景画面都会出现相应的变化,从而增加了节目的真实感。用虚拟场景在很多方面成本效益显著。如它具有及时更换场景的能力,在演播室布景制作中节约经费。可以充分发挥创作人员的艺术创造力与想象力,利用现有的多种三维动画软件,创作出高质量的背景。

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Panorama production
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