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技術宅

近來虛擬現實設備已經成為IT界的熱點，三星、谷歌和索尼都在虛擬現實上有了一定的建樹，推出了自家的頭戴設備和相關配套軟件。不過這些虛擬現實目前都只是實現單機效果，即只是單用戶通過虛擬現實設備和特定的游戲、視頻進行交互。而微軟公司旗下的Jaron Lanier實驗室目前正在實驗最新的多人增強現實技術，它可以實現多人聯機互動，實現更為真實的人機、人人之間的互動。那么虛擬與現實是如何實現聯機的？這種聯機的結果又會給我們的生活帶來什么樣的影響？

?Oculus Rift虛擬現實設備

認識虛擬現實技術

?虛擬現實設備結構圖解

說到虛擬與現實的聯機，我們首先要了解一下什么是虛擬現實。虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，利用計算機模擬的三維動態視景和實體行為結合來讓用戶進行娛樂或者完成工作。簡單地說，就是可以讓用戶在虛擬世界里實現極度真實體驗的一種技術，而實現其中虛擬真實效果的硬件就是虛擬現實設備（圖1）。

一般來說，一套完整的虛擬現實設備系統包括3D掃描儀（建模設備）、頭戴式立體顯示器（三維視覺顯示設備）、慣性傳感器（定位設備）和數據手套（交互設備）。比如在支持虛擬現實的游戲中，通過虛擬現實設備讓使用者從身體感官（視覺、聽覺）各方面全身心進入到游戲中，體驗前所未有的逼真（圖2）。

?微軟的虛擬現實聯機設備頭部傳感器

連結虛擬與現實

如上所述，通過虛擬現實設備能為我們提供完美的沉浸式體驗。不過目前的虛擬顯示設備只是實現單機操作，用戶只是通過虛擬現實設備和游戲實現單一的人機互動。那么目前微軟正在研究的多人增強現實技術是怎么實現多人聯機互動的呢？

我們先來了解一下虛擬現實設備的工作原理，要實現虛擬現實體驗，首先要借助建模設備獲取物體外表面，如游戲中人物或者地形的三維坐標及物體的三維數字化模型，接著虛擬現實設備的顯示器會向用戶呈現3D顯示效果，實現現實環境代入感。接著虛擬設備中的定位設備用來確定用戶在虛擬3D環境中的位置，這個定位是通過頭盔中的慣性傳感器來捕捉頭部運動以改變圖像的視角，這樣用戶的視覺系統和運動感知系統之間就可以聯系起來。最后交互設備用于用戶和虛擬環境的交互操作，實現對虛擬現實游戲的操控（圖3）。

?Jaron Lanier實驗室展示的共享混合現實的示例

通過上圖我們可以知道，對于每個聯機的用戶來說，建?？梢栽谕粋€設備上完成，虛擬顯示則可以在各自的虛擬現實設備顯示器中實現。對多人聯機虛擬現實來說，最至關重要的就是其中的定位。因為在多人聯機的情況下，我們要對同一個項目進行虛擬操作，虛擬現實設備需要精確無誤地追蹤每個人的動作，這樣才能實現精準的協同操作。

比如在多人游戲中，如果要兩人射擊同一個目標，虛擬現實設備中的3D影像要同步顯示在用戶的顯示器中，這就要求頭盔中慣性傳感器捕捉兩個用戶的頭部運動要精準一致，這樣才可以實現對同一目標的射擊，而其中小小的誤差就會造成虛擬圖像的混亂，嚴重影響多人聯機的效果。比如A、B兩名聯機用戶，如果虛擬現實系統捕捉到A的動作是面向游戲中某人物頭部正面，而捕捉到B動作面向的卻是游戲人物的頭部側面，這樣在射擊的時候，A、B射擊的就是不同部位，導致聯機用戶游戲體驗不同，影響了多人聯機的虛擬現實效果。微軟的虛擬現實聯機設備通過外部安裝的高靈敏的傳感器來追蹤用戶的頭部動作，同時依靠其虛擬系統強大的運算和協調能力實現聯機用戶定位一致，讓所有聯機用戶都可以同步獲得虛擬真實體驗，從而實現聯機用戶同步操作（圖4）。

在Jaron Lanier實驗室展示的共享混合現實的示例中，通過兩名聯機學生頭上的傳感器，虛擬現實系統會精確捕捉到兩名學生的動作，同時在學生頭部的顯示器中同步顯示，這樣當兩名學生揮動雙手就可以看到同樣的視覺特效，從而實現虛擬和現實的聯機互動（圖5）。

虛擬與現實的聯機 可以帶給我們什么

?通過虛擬聯機可以讓教練和學員實現真實的虛擬現實練車體驗

顯然虛擬與現實的聯機技術可以將完美的沉浸式體驗分享給所有聯機用戶，這樣每個參與者都可以獲得一致的真實體驗，可以實現多用戶交互體驗，為我們的生活帶來更多快樂。比如在目前流行的多人射擊游戲中，聯機用戶都可以帶著虛擬頭盔，手握虛擬AK47，然后在完全真實的游戲環境中，或射擊，或呼叫隊友一起射擊，這種真實、多人互動的游戲感覺絕對是每個游戲迷追求的終極目標。

當然除了在游戲中的應用，虛擬與現實的聯機技術還可以在日常很多生活場景中應用到。比如隨著虛擬現實設備的普及，現在很多朋友通過汽車模擬駕駛訓練來練車，這在現實中原本需要“教練+學員”的雙人協作訓練，借助虛擬與現實的聯機技術，我們在家中通過兩人聯機操作就可以獲得非常真實的駕校訓練效果（圖6）。同樣的，對于生活中原來需要多人協作的很多應用場景，現在都可以借助虛擬與現實的聯機技術完美地實現。