什么是VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)？AR、VR 區(qū)別是什么?

隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步，并逐步成為一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR)，又稱靈境技術(shù)，是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)全新的實(shí)用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)囊括計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)于一體，其基本實(shí)現(xiàn)方式是計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)，顧名思義，就是虛擬和現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合。從理論上來(lái)講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是利用現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的電子信號(hào)，將其與各種輸出設(shè)備結(jié)合使其轉(zhuǎn)化為能夠讓人們感受到的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實(shí)中真真切切的物體，也可以是我們?nèi)庋鬯床坏降奈镔|(zhì)，通過(guò)三維模型表現(xiàn)出來(lái)。

因?yàn)檫@些現(xiàn)象不是我們直接所能看到的，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出來(lái)的現(xiàn)實(shí)中的世界，故稱為虛擬現(xiàn)實(shí)。

同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)具有一切人類所擁有的感知功能，比如聽覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)等感知系統(tǒng)。

最后，它具有超強(qiáng)的仿真系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，使人在操作過(guò)程中，可以隨意操作并且得到環(huán)境最真實(shí)的反饋。正是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了許多人的喜愛。

一、VR發(fā)展歷史

1、第一階段(1963年以前)有聲形動(dòng)態(tài)的模擬是蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實(shí)思想的階段

1929年，Edward Link設(shè)計(jì)出用于訓(xùn)練飛行員的模擬器;1956年，Morton Heilig開發(fā)出多通道仿真體驗(yàn)系統(tǒng)Sensorama。

2、第二階段(1963—1972)虛擬現(xiàn)實(shí)萌芽階段

1965年，Ivan Sutherland發(fā)表論文“UltimateDisplay”(終極的顯示);1968年，Ivan Sutherland研制成功了帶跟蹤器的頭盔式立體顯示器(HMD);1972年，NolanBushell開發(fā)出第一個(gè)交互式電子游戲Pong。

3、第三階段(1973—1989)虛擬現(xiàn)實(shí)概念的產(chǎn)生和理論初步形成階段

1977年，Dan Sandin等研制出數(shù)據(jù)手套SayreGlove;1984年，NASA AMES研究中心開發(fā)出用于火星探測(cè)的虛擬環(huán)境視覺(jué)顯示器;1984年，VPL公司的JaronLanier首次提出“虛擬現(xiàn)實(shí)”的概念;1987年，JimHumphries設(shè)計(jì)了雙目全方位監(jiān)視器(BOOM)的最早原型。

4、第四階段(1990年至今)虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用階段

1990年，提出VR技術(shù)包括三維圖形生成技術(shù)、多傳感器交互技術(shù)和高分辨率顯示技術(shù);VPL公司開發(fā)出第一套傳感手套“DataGloves”，第一套HMD“EyePhoncs”;21世紀(jì)以來(lái)，VR技術(shù)高速發(fā)展，軟件開發(fā)系統(tǒng)不斷完善，有代表性的如MultiGen Vega、Open Scene Graph、Virtools等。

二、什么是 VR 的核心準(zhǔn)則?

如何將事物更全面、更真實(shí)、更廉價(jià)的呈現(xiàn)在人類感知中，始終是促進(jìn)人類表達(dá)的歷史的主要?jiǎng)恿?，為此我們發(fā)明了文字和繪畫。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電子科技再一次承載了這一夢(mèng)想，同時(shí)也永久性的改變了人類表達(dá)的習(xí)慣。通過(guò)繪制技術(shù)的提升，我們不單單可以呈現(xiàn)表現(xiàn)自然，甚至可以在繪畫中增加自己的情感。對(duì)于繪畫的接受者來(lái)說(shuō)，「重現(xiàn)」只是內(nèi)容呈現(xiàn)的基礎(chǔ)，引起生理和心理的共鳴才是最大的需求，「沉溺」很好的表達(dá)了這種需求的正當(dāng)性。

無(wú)論是 17 世紀(jì)的的全景畫還是越來(lái)越逼真的電子游戲，技術(shù)始終從各個(gè)方面推動(dòng)了人類的表現(xiàn)能力，當(dāng)技術(shù)達(dá)到了人類對(duì)世界的感官認(rèn)識(shí)的最低要求的時(shí)候，虛擬現(xiàn)實(shí)——VR 就出現(xiàn)了。所以 VR 的核心準(zhǔn)則就是：使用技術(shù)手段，盡可能地滿足人類的感官，最終達(dá)到甚至超越人在自然世界的感官效果。這種感官認(rèn)識(shí)能力是人作為一個(gè)完整的接收設(shè)備，對(duì)自然的認(rèn)識(shí)能力，包括了視覺(jué)、聽覺(jué)甚至整個(gè)身體的感受能力。

三、AR、VR 的區(qū)別是什么?

目前來(lái)說(shuō) VR 產(chǎn)業(yè)指的是虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)，通過(guò)頭戴顯示器和交互設(shè)備將用戶和現(xiàn)實(shí)割裂開來(lái)，讓用戶在虛擬世界中可以獲得一個(gè)獨(dú)立的完整的體驗(yàn)。

而 AR(現(xiàn)實(shí)增強(qiáng))的核心內(nèi)涵是現(xiàn)實(shí)和數(shù)據(jù)的疊加。即是讓用戶在現(xiàn)實(shí)世界使用設(shè)備保持觀察現(xiàn)實(shí)世界的同時(shí)，對(duì)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行標(biāo)記，并對(duì)標(biāo)記內(nèi)容增加數(shù)據(jù)展示、視頻播放和可互動(dòng)內(nèi)容展示，并通過(guò)計(jì)算視覺(jué)(攝像頭)、手柄等設(shè)備在真實(shí)世界中，獲得服務(wù)或進(jìn)行游戲。AR 對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)就是視覺(jué)在現(xiàn)實(shí)世界的增強(qiáng)。通過(guò) AR 設(shè)備，將現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)化。AR 產(chǎn)品一般分為反射式和視頻式，長(zhǎng)期作為軍用設(shè)備被廣大愛好者所熟知。

視頻式可以看做 AR 設(shè)備和 VR 設(shè)備的一次整合，這類設(shè)備一般使用近距離顯示設(shè)備展示信息，用外置攝像頭采集信息。

當(dāng)然如果 VR 產(chǎn)業(yè)能茁壯成長(zhǎng)的話，那么我認(rèn)為未來(lái)還會(huì)有另一層面含義的 VR+AR 的模式，即是機(jī)器人為介質(zhì)的整合，這個(gè)將在未來(lái)的篇幅中進(jìn)行討論。

MR 即所謂的混合顯示是我不建議使用的詞匯，因?yàn)榉彩?MR 的模式，首先必然是 AR 模式的，這個(gè)詞更多的是一種狀態(tài)的描述，當(dāng)用戶使用 AR 設(shè)備時(shí)，必然將數(shù)據(jù)服務(wù)和現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)實(shí)進(jìn)行了疊加，即是 MR 形態(tài)。所以，把 MR 作為一種獨(dú)立的形態(tài)來(lái)提出是不合時(shí)宜的。

四、從定位分析如何實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)

目前行業(yè)中存在以下幾種 VR 硬件產(chǎn)品：

手機(jī) VR 產(chǎn)品

頭戴顯示器(PC 或者主機(jī))VR 產(chǎn)品

基于空間定位的大型 VR 設(shè)備

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，目前并沒(méi)有成熟的交互解決方案，所有的廠商只能使用某種勉強(qiáng)能進(jìn)行的交互手段來(lái)支持 VR 內(nèi)容的互動(dòng)，例如：媒體化 VR 方案、通過(guò)定位實(shí)現(xiàn)的 VR 游戲房、通過(guò)某種跑步機(jī)實(shí)現(xiàn)的固定位置互動(dòng)的 VR 方案。

我們先從產(chǎn)品，服務(wù)定位，再到商業(yè)模式諸方面來(lái)對(duì)行業(yè)進(jìn)行分析。

手機(jī) VR(Moblie VR)：

因?yàn)?VR 產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)和智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)有非常密切的關(guān)系，所以當(dāng) Google 拿出紙盒 VR 的解決方案的時(shí)候技術(shù)幾乎是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?。在三星推出? GearVR 之后，這種設(shè)備從設(shè)計(jì)和功能角度來(lái)說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了難以改進(jìn)的地步。同時(shí)為同類的手機(jī)廠商提供了完美的產(chǎn)品解決方案樣板。這種設(shè)備將手機(jī)作為 VR 的顯示設(shè)備、頭部捕捉設(shè)備和計(jì)算中心同時(shí)在外部提供一個(gè)觸摸板和固定按鈕作為操作區(qū)域。這樣做最大的好處是，通過(guò)市場(chǎng)上符合需求的手機(jī)的巨大保有量，可以用過(guò)非常低廉的手段為廣大的用戶提供 VR 設(shè)備。尤其在國(guó)內(nèi)廠商的參與下，手機(jī) VR 的今年的出貨量很有可能達(dá)到一個(gè)很高的數(shù)字。如果有好的商業(yè)模式支撐，可以為 VR 設(shè)帶來(lái)巨大的普及。

但是這類設(shè)備的核心問(wèn)題是缺乏真正的有效的交互手段，如果只通過(guò)外殼上的觸摸區(qū)域和按鈕，那么只能對(duì)一些低頻次的操作，例如界面切換、層級(jí)切換、文本閱讀、圖片瀏覽等進(jìn)行處理。同時(shí)單手多次操作會(huì)導(dǎo)致手臂肌肉疲勞，例如手肘位置在站立、不標(biāo)準(zhǔn)的坐姿下會(huì)缺乏支撐。雖然是基于手機(jī)的設(shè)備，但是對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，在戶外使用這類全封閉的設(shè)備有非常高的不確定性，甚至可以說(shuō)是安全隱患。如果使用藍(lán)牙支持的外接手柄或其他設(shè)備，且不討論是否會(huì)造成需要多次消費(fèi)印象，如果在虛擬場(chǎng)景內(nèi)高速移動(dòng)，目前的案例都顯示，會(huì)在使用中伴隨強(qiáng)烈的眩暈。

所以如果針對(duì)手機(jī)類型的 VR 顯示設(shè)備制作應(yīng)用或服務(wù)的，是應(yīng)該考慮在室內(nèi)固定位置使用的，同時(shí)盡量減少操作頻次。同時(shí)考慮到手機(jī)作為溝通工具的本質(zhì)，在使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)其他服務(wù)的提醒，所以應(yīng)該提供使用時(shí)間上盡量短的應(yīng)用。目前來(lái)看，展示類和媒體類的產(chǎn)品形態(tài)是最符合這種低互動(dòng)操作。例如直播類產(chǎn)品。在手機(jī) VR 平臺(tái)上，各種服務(wù)都只能很少甚至不能提升原有服務(wù)的體驗(yàn)，也無(wú)法改變?cè)猩虡I(yè)模式，所以只能作為一種新奇的補(bǔ)充。為未來(lái)基于手機(jī)視頻 AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))提供技術(shù)積累。

綜上，目前的手機(jī) VR 平臺(tái)，是一個(gè)輕交互、服務(wù)模式單一，平臺(tái)服務(wù)復(fù)雜，以體驗(yàn)為主的平臺(tái)。在這種情況下，這個(gè)平臺(tái)肯定難以作為支撐起引導(dǎo)技術(shù)革命的基礎(chǔ)。

頭戴顯示器 VR 產(chǎn)品(VR Headset)：

這類產(chǎn)品指的是以 Oculus、HTC Vive、和 PS VR 為代表性的一類產(chǎn)品，這類產(chǎn)品的典型特征是沒(méi)有獨(dú)立的計(jì)算中心，屏幕不可拆離。這類產(chǎn)品普遍具備更高分辨率的顯示效果、更精確的位置追蹤效果，同時(shí)他們的計(jì)算設(shè)備主要是通過(guò)線材連接的主機(jī)或電腦。從頭戴顯示器的角度來(lái)說(shuō)，他們比手機(jī) VR 設(shè)備擁有更高的技術(shù)含量。在這個(gè)早期市場(chǎng)中，三個(gè)主要的頭戴顯示器 VR 產(chǎn)品都擁有獨(dú)立的交互系統(tǒng)、位置最終系統(tǒng)和內(nèi)容服務(wù)平臺(tái)。

(Oculus CV1)

其中 Oculus 作為頭戴顯示器的開拓者最為大家所熟知，在早期他們幾乎代表了行業(yè)對(duì) VR 未來(lái)的全部技術(shù)想象。Oculus 的出現(xiàn)也可以看作是智能手機(jī)產(chǎn)品的成功，VR 產(chǎn)業(yè)通過(guò)智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)獲得了相對(duì)廉價(jià)和高清的顯示屏，Oculus 使用的就是三星手機(jī)的屏幕，通過(guò)兩個(gè)目鏡搭建了顯示系統(tǒng)。并且通過(guò)陀螺儀傳感器對(duì)頭部動(dòng)作進(jìn)行捕捉，讓使用者能夠第一次在虛擬世界里面自由觀看，而非手動(dòng)操控視角，這是一件重要的感官革新。

因?yàn)閷?duì) PC 平臺(tái)的良好支持，在 Oculus 早期的開發(fā)者版本 DK1 出現(xiàn)不久，就實(shí)現(xiàn)了非常便捷的對(duì) window 下桌面游戲產(chǎn)品的支持，大量的游戲產(chǎn)品被引入了 VR 世界。早期的 DK1 的分辨率比較低，所以閱讀類和視頻類的 demo 還比較少，這個(gè)直到正式發(fā)行的 CV1 才得到了改變。

DK1 在展示 VR 世界的無(wú)限可能性時(shí)也展示了當(dāng)前缺乏有效和合理的交互方式的一面。無(wú)論是使用鼠標(biāo)鍵盤、還是手柄、或者 kinect，操作和顯示都徹底分離了，用戶無(wú)法同步的進(jìn)行操作和顯示的設(shè)定，總要盲目的進(jìn)行其中一者。

身體和視覺(jué)的分離成為了使用者最直觀的感受，二維時(shí)代的鼠標(biāo)鍵盤對(duì)應(yīng)屏幕的直觀操作系統(tǒng)成為了虛擬世界操作系統(tǒng)的障礙。當(dāng)然，手柄也沒(méi)有好到哪里去，不過(guò)手柄的交互邏輯比較簡(jiǎn)單，所以反而更加有快捷了，尤其手柄鍵盤將在文字輸入上成為 Xbox One 和 Facebook 唯一的救星，這個(gè)又是其他操作設(shè)備難以媲美的，不過(guò)對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，練習(xí)盲打操作依舊是必備技能。

隨著 Steam 聯(lián)合 HTC 發(fā)布 Vive，Oculus 聯(lián)合 Facebook 共同維護(hù)的 VR 早期市場(chǎng)迎來(lái)第一次競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí) Steam 和 HTC 的組合帶來(lái)了一個(gè)新的趨勢(shì)，行業(yè)最大的內(nèi)容發(fā)布商和專業(yè)的硬件設(shè)計(jì)生產(chǎn)商將帶來(lái)怎樣的想象力?這兩個(gè)點(diǎn)都是 Oculus 和 Facebook 組合的短板，這種壓力必然促進(jìn)了 Oculus 和 Xbox 平臺(tái)的合作。

Steam 作為 PC 游戲行業(yè)最重要的內(nèi)容發(fā)行商，一直試圖在 PC、游戲機(jī)和單機(jī)、網(wǎng)絡(luò)游戲的模式上進(jìn)行突破，并發(fā)展了自己的硬件生產(chǎn)規(guī)劃，所以對(duì) VR 市場(chǎng)有非常明確的意圖。并且在早期就保持著 Oculus 的合作，但隨著 Facebook 對(duì) Oculus 的收購(gòu)而終止了。

但很顯然，Steam 從早期的合作中已經(jīng)非常明顯的感受到了操作帶來(lái)的局限性，已經(jīng)成為了進(jìn)入 VR 世界的主要門檻，所以 HTC Vive 拿出了目前最好的 VR 交互方案-即通過(guò)頭盔顯示、延長(zhǎng)線鏈接、雙無(wú)線手柄和激光系統(tǒng)對(duì)用戶和手柄位置進(jìn)行定位的綜合系統(tǒng)，這套系統(tǒng)最大的價(jià)值是人不再作為一個(gè)方向的維度(視角和鼠標(biāo))、也不是一個(gè)缺乏反饋的視覺(jué)系統(tǒng)(kinect)，而是第一次作為一個(gè)活動(dòng)整體在 VR 世界中確定了下來(lái)。

這種交互模式讓使用者可以在局限的物理空間內(nèi)可以相對(duì)自由和無(wú)障礙的與虛擬空間進(jìn)行單向度的互動(dòng)。之所以說(shuō)是單向度的，是因?yàn)樘摂M世界的空間對(duì)使用者不構(gòu)成任何影響，構(gòu)成影響的是真實(shí)空間的邊界。HTC Vive 體現(xiàn)了在它最強(qiáng)大交互方式的影響下，虛擬空間在不再構(gòu)成敘事的有利元素。

試圖圍繞 HTC Vive 創(chuàng)作的產(chǎn)品，首先需要面對(duì)的問(wèn)題是，他們的操作者首先變成了真實(shí)的人，擁有真實(shí)的體能和反應(yīng)。并且是盲目的人站在一堆繩索上揮舞手柄，這對(duì)家居環(huán)境構(gòu)成了極大的挑戰(zhàn)，如果這樣成為主要的未來(lái)，那么我們很有可能在很短的時(shí)間內(nèi)在宜家看到各種無(wú)障礙的標(biāo)準(zhǔn)客廳裝修風(fēng)格，以及在購(gòu)買家居的時(shí)候「不易磕碰」會(huì)成為重要賣點(diǎn)。

基于空間定位的大型 VR 設(shè)備：

大型 VR 模式指的是通過(guò)空間定位系統(tǒng)和 VR 系統(tǒng)相結(jié)合，讓用戶可以在由真實(shí)空間承載的虛擬空間中隨意行走，同時(shí)虛擬空間的空間物理特征由真實(shí)空間的景觀所承載。這樣，就營(yíng)造了最為真實(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)可體驗(yàn)空間。例如在《The Void》中，通過(guò)布景搭建，布置了軟體墻體和噴頭霧化等系統(tǒng)，可以和虛擬場(chǎng)景緊密疊加，帶來(lái)近乎完美的交互體驗(yàn)。

五、虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括哪里？

1、動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

虛擬環(huán)境的建立是VR系統(tǒng)的核心內(nèi)容，目的就是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。

2、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)

三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，那么關(guān)鍵就是“實(shí)時(shí)”生成。為保證實(shí)時(shí)，至少保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒。

3、立體顯示和傳感器技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的設(shè)備不能滿足需要，力學(xué)和觸覺(jué)傳感裝置的研究也有待進(jìn)一步深入，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

4、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場(chǎng)合和對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對(duì)象可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。想要達(dá)到這一目的，則需要研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)工具。

5、系統(tǒng)集成技術(shù)

由于VR系統(tǒng)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)集成技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別與合成技術(shù)等。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)受到了越來(lái)越多人的認(rèn)可，用戶可以在虛擬現(xiàn)實(shí)世界體驗(yàn)到最真實(shí)的感受，其模擬環(huán)境的真實(shí)性與現(xiàn)實(shí)世界難辨真假，讓人有種身臨其境的感覺(jué)，相信未來(lái)這種技術(shù)將會(huì)得到大量的應(yīng)用和推廣。

【更多關(guān)于VR虛擬現(xiàn)實(shí)閱讀】

2017高交會(huì)VR虛擬現(xiàn)實(shí)模擬體驗(yàn)

5G時(shí)代下VR虛擬現(xiàn)實(shí)將創(chuàng)造一個(gè)新的模式

VR虛擬現(xiàn)實(shí)與AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在滲透到我們的生活中去

VR虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)黃金發(fā)展期

體驗(yàn)VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)有眩暈的感覺(jué)嗎

VR虛擬現(xiàn)實(shí)可能創(chuàng)造一個(gè)新的旅游模式

VR虛擬現(xiàn)實(shí)與AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的概念和價(jià)值揭秘 讓你不再糊涂

以太坊區(qū)塊鏈運(yùn)行的VR虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)Decentraland

報(bào)告顯示，VR虛擬現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，發(fā)展?jié)摿薮?/u>