虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實與數(shù)字出版

馬靜怡

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，黑龍江 哈爾濱 150001）

虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實與數(shù)字出版

馬靜怡

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，黑龍江 哈爾濱 150001）

當(dāng)你看到一個人戴著頭盔突然毫無征兆地左閃右避時，當(dāng)你看到一個人手里明明沒有東西，卻做揮舞狀，好像還因為打中了什么而歡呼雀躍時，你可能會奇怪他們在干什么。你相信嗎，一個普通的手機會因為一張普通的紙而掉出一個會和你說話的泰迪熊來，一面原本白花花的墻會因為一個移動設(shè)備而變成聲像俱佳的海底世界。這一切都得益于VR（虛擬現(xiàn)實）、AR（增強現(xiàn)實）與MR（混合現(xiàn)實）。

虛擬現(xiàn)實；增強現(xiàn)實；混合現(xiàn)實；數(shù)字出版

當(dāng)VR、AR、MR開始呈現(xiàn)在人們面前時，我們希望了解VR、AR、MR都分別代表什么呢？它們與數(shù)字出版又有什么樣的關(guān)系呢？

一、VR（Virtual Reality），虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是仿真技術(shù)的一個重要方向，是仿真技術(shù)與計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。VR主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)各等方面。模擬環(huán)境是由計算機生成的、實時動態(tài)的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應(yīng)該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉(zhuǎn)動，眼睛、手勢，或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對用戶的輸入做出實時響應(yīng)，分別反饋到用戶的五官。傳感設(shè)備是指三維交互設(shè)備。

二、AR（Augmented Reality），增加現(xiàn)實

增強現(xiàn)實技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，通過科學(xué)技術(shù)模擬仿真，生成一種逼真的視、聽、力、觸和動等感覺的虛擬環(huán)境，運用各種傳感設(shè)備使用戶“沉浸”在該環(huán)境中，將計算機生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實場景中，實現(xiàn)用戶和環(huán)境直接進行自然交互，使計算機系統(tǒng)提供的信息與用戶對現(xiàn)實世界的感知結(jié)合起來，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的“增強”，是一種全新的人機交互技術(shù)，具有虛實結(jié)合、實時交互的特點。這項技術(shù)有數(shù)百種可能的應(yīng)用，其中游戲和娛樂是最顯而易見的應(yīng)用領(lǐng)域。

維修和建設(shè)——增強現(xiàn)實可以將標(biāo)記器連接到人們正在施工的特定物體上，然后增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以在它上面描繪出圖像。

軍事——軍隊數(shù)十年來一直在設(shè)計使用增強現(xiàn)實，增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以為軍隊提供關(guān)于周邊環(huán)境的重要信息，如顯示建筑物另一側(cè)的入口，這有點像X射線視覺。增強現(xiàn)實顯示器還能突出顯示軍隊的移動，讓士兵可以轉(zhuǎn)移到敵人看不到的地方。

即時信息——旅行者和學(xué)生可以使用這些系統(tǒng)了解有關(guān)特定歷史事件的更多信息。想象自己行走在美國內(nèi)戰(zhàn)的戰(zhàn)場上，并且可以在頭戴式增強現(xiàn)實顯示器上看到重現(xiàn)的歷史事件。它將使您沉浸在歷史事件中，有身臨其境之感，而且視角將是全景的。

三、VR與AR的區(qū)別

由于動畫渲染技術(shù)可以把人類的一切想象展現(xiàn)出來，所以在應(yīng)用方向上，VR更趨于虛幻和感性，更容易應(yīng)用于娛樂方向（為了更好地達到這一目的，VR強調(diào)存在感或稱臨場感）。而基于光學(xué)+3D重構(gòu)的技術(shù)主要是對真實世界的重現(xiàn)，所以AR更趨于現(xiàn)實和理性，更容易應(yīng)用于比較嚴(yán)肅的方向，如工作和培訓(xùn)（為了更好地達到這一目的，AR強調(diào)真實與虛擬的融合）。但這并不意味著VR不適用于培訓(xùn)。VR能夠給培訓(xùn)帶來更多元素，如對天災(zāi)人禍、重大事故的模擬，而AR則更多應(yīng)用于常規(guī)培訓(xùn)，戴上VR頭盔，更容易讓用戶進入角色。

四、MR（Mix Reality），混合現(xiàn)實

混合現(xiàn)實技術(shù)（MR）是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進一步發(fā)展，該技術(shù)通過在虛擬環(huán)境中引入現(xiàn)實場景信息，在虛擬世界、現(xiàn)實世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感。本報告首先介紹混合現(xiàn)實技術(shù)的內(nèi)涵和存在的技術(shù)挑戰(zhàn)，然后介紹我們在混合現(xiàn)實技術(shù)方面的研究進展，包括虛擬環(huán)境的高效構(gòu)建、現(xiàn)實環(huán)境空間結(jié)構(gòu)的恢復(fù)、虛實環(huán)境的自然融合以及混合現(xiàn)實支撐軟件平臺等，最后展望下一步的工作。

五、VR、AR、MR應(yīng)用于出版

將VR與AR、MR應(yīng)用于教學(xué)類出版物，可以為讀者及學(xué)生創(chuàng)造一種體驗和沉浸的學(xué)習(xí)環(huán)境，達到知識建構(gòu)的目的。它不僅可以表達紙質(zhì)平面難以表達的狀態(tài)（如立體與動畫），還能增加紙媒的娛樂性和互動性，是對主流教學(xué)形式的豐富和補充，為教學(xué)形式的多樣化提供了更多可能。大大減少紙媒的內(nèi)容，縮小篇幅，降低印刷成本，提高產(chǎn)品附加值。用戶將不再需要光盤這類載體，只需移動終端即可實現(xiàn)跨媒體閱讀。將教育、科技類資源應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)來出版，實現(xiàn)在移動互聯(lián)環(huán)境下，將云計算、物聯(lián)網(wǎng)、感知技術(shù)、流媒體等技術(shù)集大成，實現(xiàn)跨媒體閱讀。用戶只需用在移動終端掃描紙質(zhì)圖書的圖片，即能在移動終端上顯示紙書上沒有的3D影像、音頻、視頻等拓展內(nèi)容，這就大大減少了紙媒的內(nèi)容，縮小了篇幅，降低了印刷成本，也就提高了產(chǎn)品附加值。

將VR與AR、MR應(yīng)用于教學(xué)出版物，是推進我國教育信息化的組成部分，對于促進基礎(chǔ)教育課程改革，實現(xiàn)教育又好又快發(fā)展具有積極意義。VR與AR在教學(xué)上的應(yīng)用對于教育領(lǐng)域中實現(xiàn)技術(shù)開發(fā)與實踐都具有重要的現(xiàn)實意義，對于教育教學(xué)政策制定、政策實施具有重要的借鑒意義，也是落實《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》中提出的“逐步實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式和師生互動方式的變革”的具體實踐。

［1］ 陳向東，蔣中望.增強現(xiàn)實教育游戲的應(yīng)用［J］.遠程教育雜志，2012（10）：68-73.

［2］ 張帆.增強虛擬現(xiàn)實技術(shù)在兒童教育中的應(yīng)用［J］.藝術(shù)科技，2014（3）：331.

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1674-8883（2016）07-0303-01