VR在游戲開發(fā)課程的應(yīng)用

劉偉文

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)造和模擬體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)世界的計(jì)算機(jī)技術(shù)，它將真實(shí)世界的各種媒體信息有機(jī)地融合進(jìn)虛擬世界，構(gòu)造用戶能與之進(jìn)行各個(gè)層次的交互處理的虛擬信息空間。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)經(jīng)過了數(shù)十年的蓬勃發(fā)展，當(dāng)前正處于一個(gè)新的高度。用現(xiàn)在的目光回望在示波器上的“Pong”，感覺是那么的青澀。電子游戲自誕生以來一直推動(dòng)著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，也許準(zhǔn)確一點(diǎn)來說應(yīng)該是相輔相成的。自20世紀(jì)90年代初，隨著多媒體計(jì)算機(jī)的普及，電子游戲開始邁進(jìn)了三維時(shí)代，此后更是一發(fā)不可收拾，無論是控制臺(tái)游戲平臺(tái)上還是PC游戲平臺(tái)上，一批批重量級(jí)的三維游戲著作層出不窮，推陳出新。

一、傳統(tǒng)的游戲開發(fā)現(xiàn)狀

近年來，隨著移動(dòng)平臺(tái)的崛起，三維游戲也走進(jìn)了移動(dòng)設(shè)備。一款游戲的推廣除了其獨(dú)一無二的游戲情節(jié)外，視覺效果和開發(fā)所使用的技術(shù)也常常成為重要的賣點(diǎn)。我們常常會(huì)聽到某某游戲用了什么先進(jìn)的圖形引擎、先進(jìn)的三維游戲引擎以及先進(jìn)的物理引擎。三維游戲引擎是三維游戲開發(fā)的技術(shù)核心，是指一些已編寫好的可編輯三維游戲系統(tǒng)或者是一些互交式實(shí)時(shí)三維圖形應(yīng)用程序的核心組件。游戲引擎實(shí)現(xiàn)了對(duì)通用技術(shù)細(xì)節(jié)的封裝，這使得游戲程序員不必過于關(guān)心底層技術(shù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)而只需要調(diào)用一些預(yù)先做好的類庫即可。從狹義的角度看，游戲引擎就是這一系列實(shí)現(xiàn)底層技術(shù)的類庫。而從廣義的角度看，游戲引擎是一切可以用來開發(fā)游戲的專用工具，例如圖像處理工具、關(guān)卡設(shè)計(jì)器、地形生成器等。“引擎”一詞源于機(jī)械工業(yè)，以引擎對(duì)這一系列的工具進(jìn)行命名主要是要體現(xiàn)其重要性。

目前市場(chǎng)上多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的操控方式皆是藉由頭戴式設(shè)備與大量的其他輸入裝置來執(zhí)行，例如鼠標(biāo)與鍵盤、體感捕捉設(shè)備、仿真座椅或是機(jī)臺(tái)、手把甚至是讓人在原地移動(dòng)的跑步機(jī)等等，但是虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式裝置本身的操作方式卻沒有很大的變化，尤其是不靠其他輸入裝置的系統(tǒng)內(nèi)使用者接口對(duì)于場(chǎng)景來說通常只能固定不動(dòng)，由使用者去移動(dòng)或觸碰這個(gè)固定在原地的使用者接口，這樣其實(shí)和以往鼠標(biāo)與屏幕的相對(duì)關(guān)系沒差別，而相對(duì)可以隨著視角鏡頭移動(dòng)的使用者接口卻又沒辦法去操控，只能擁有顯示信息的功能。所以，筆者認(rèn)為，如果能通過使用者頭部的動(dòng)作搭配系統(tǒng)接口去作辨識(shí)，而達(dá)到如動(dòng)態(tài)捕捉或是手勢(shì)操控等相同的效果，是否便可以單獨(dú)利用虛擬現(xiàn)實(shí)本身的裝置去操控一些相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，而不需要再額外購買其他昂貴的輸入設(shè)備來做虛擬現(xiàn)實(shí)的輔助操控。

二、VR技術(shù)的發(fā)展前景和應(yīng)用

與虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的概念其實(shí)還有另外兩種，分別是混合實(shí)境（Mixed Reality，MR）與擴(kuò)增實(shí)境（Augmented Reality，AR），混合實(shí)境是利用設(shè)備將虛擬影像與現(xiàn)實(shí)中影像結(jié)合產(chǎn)生出一個(gè)新的環(huán)境，現(xiàn)實(shí)中的物品亦能夠與虛擬的物品同時(shí)存在并且進(jìn)行互動(dòng)，例如HoloLens 裝置便能讓使用者分不清場(chǎng)景中何為虛擬的部分何為現(xiàn)實(shí)的部分；擴(kuò)增實(shí)境則是利用攝影機(jī)鏡頭所拍攝出的特定圖片或是場(chǎng)景，利用計(jì)算機(jī)程序?qū)⑻摂M物品在屏幕中與映照出的場(chǎng)景做結(jié)合，用途能夠隨著身邊電子產(chǎn)品的運(yùn)算能力提升而漸漸變得更加廣泛。

但是目前對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)軟件部分的開發(fā)，大多數(shù)的軟件開發(fā)平臺(tái)都還只著重與硬設(shè)備的配合，而沒有開發(fā)出能夠適應(yīng)虛擬現(xiàn)實(shí)硬設(shè)備的新系統(tǒng)，于是制作出來的游戲或是系統(tǒng)便會(huì)給人一種在3D 環(huán)境下夾雜著舊有2D 環(huán)境的對(duì)象這種格格不入的感受，如果想要消除這種感受又必須配合多種獨(dú)立的輸入裝置才能在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境下控制環(huán)境中的不同事件。虛擬現(xiàn)實(shí)的興起，帶動(dòng)了一連串對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的制作熱潮，各行各業(yè)都希望能與虛擬現(xiàn)實(shí)搭上邊，但是為了配合虛擬場(chǎng)景的互動(dòng)與操作，大多數(shù)都增加了許多的感應(yīng)器與控制器，例如控制手把、釘在墻上的感應(yīng)器、能感應(yīng)手部動(dòng)作的Leap Motion、捕捉身體動(dòng)作的Kinect 甚至是貼在身體上的傳感器，這些設(shè)備的增加雖然讓使用者在使用時(shí)的控制方式變多，但大量的設(shè)備卻也造成了成本上的負(fù)擔(dān)與系統(tǒng)在程序撰寫整合上的不方便；而從平面的屏幕轉(zhuǎn)成頭戴式的3D 虛擬設(shè)備就如同傳統(tǒng)按鍵式手機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苄褪謾C(jī)一般，當(dāng)時(shí)所有手機(jī)內(nèi)的軟件都還是以按鍵式去控制，卻沒人想到能以滑動(dòng)、各種手勢(shì)甚至是聲音去控制內(nèi)部的選項(xiàng)；反觀現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，雖然頭戴式裝置本身就具有三軸感測(cè)的功能，但是市場(chǎng)上的系統(tǒng)卻幾乎很少用到頭戴式裝置本身的感測(cè)，只有讓使用者頭部能從各個(gè)視角觀看的功能。

三、VR在游戲開發(fā)課程中的應(yīng)用

軟件的虛擬仿真水平與現(xiàn)實(shí)動(dòng)態(tài)程度相差無幾，其可操控性尤為吸引參與者，尤其是格斗搏殺、海空大戰(zhàn)、夢(mèng)幻工場(chǎng)等這些常人無法親身經(jīng)歷的場(chǎng)面，設(shè)計(jì)得讓游戲者如身臨其境。參與者可以隨心所欲地?fù)?dān)任敵我雙方各種不同的角色，自由選擇任何一款先進(jìn)的兵器，在自我控制的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)中馳騁搏殺，參與者全神貫注，如入無人之境；可單人參與，還可多人參與、遠(yuǎn)程參與。

1.影像式：通過攝影或是錄像的方式獲取真實(shí)環(huán)境中的場(chǎng)景，攝影出的照片可以通過軟件拼貼而成360 度的環(huán)場(chǎng)影像，錄像則可以通過近幾年來陸續(xù)推出的360 度攝影機(jī)例如Ricoh Theta 來錄制身邊場(chǎng)景影片，使用此種方法得來的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景真實(shí)度很高，但是只能從拍攝的位置角度來觀看，而無法讓觀看者實(shí)時(shí)移動(dòng)到想要的任何位置，也會(huì)因?yàn)槿狈吧疃斐闪Ⅲw感不足的現(xiàn)象。

2.幾何式：通過3D 建模軟件建置出虛擬場(chǎng)景，并以程序代碼編寫場(chǎng)景中的互動(dòng)效果，能讓觀看者在場(chǎng)景中移動(dòng)位置與進(jìn)行互動(dòng)，不過需要一定程度的硬設(shè)備來讓程序順利執(zhí)行，這種方式雖然立體感很高，但是真實(shí)程度會(huì)因?yàn)榻５募?xì)致度而有所差異，也需要花費(fèi)大量的時(shí)間及人力才能完成。

3.混和式：將影像式與幾何式混合制作而成，兩者之間的比例可以通過需求而調(diào)整，在擁有真實(shí)與虛擬場(chǎng)景對(duì)象的同時(shí)也包含了上述兩種場(chǎng)景建構(gòu)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，不過比起上述兩種方式還多了可能會(huì)產(chǎn)生影像不協(xié)調(diào)的這個(gè)缺點(diǎn)。

四、VR在游戲開發(fā)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)裝置不同于以往的屏幕與鍵盤鼠標(biāo)的關(guān)系，而是類似智能型手機(jī)將輸出裝置與輸入裝置連結(jié)在一起，如同最初功能型手機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苄褪謾C(jī)時(shí)，多數(shù)的手機(jī)即使有了能滑動(dòng)的屏幕，但是軟件卻還是寫成用一個(gè)一個(gè)的按鍵去控制手機(jī)內(nèi)的軟件執(zhí)行，直到后期才有各種滑動(dòng)與偵測(cè)不同手勢(shì)的功能加入。現(xiàn)今的虛擬現(xiàn)實(shí)也處于和當(dāng)時(shí)的智能型手機(jī)剛起步時(shí)一樣的階段，明明有了新的偵測(cè)方式，卻少有人針對(duì)配合虛擬現(xiàn)實(shí)的新系統(tǒng)來做開發(fā)，相信未來隨著硬設(shè)備的不斷更新，虛擬現(xiàn)實(shí)也會(huì)整合更多的輸入與輸出裝置于頭戴式裝置上，也就需要更多專屬于虛擬現(xiàn)實(shí)的新系統(tǒng)，無論是更加細(xì)微甚至是復(fù)雜的人體動(dòng)作偵測(cè)或是更加貼近現(xiàn)實(shí)、人性化的2D 或3D 使用者接口系統(tǒng)相信都是未來很好的研究方向。Unity 本身為一套開發(fā)領(lǐng)域非常廣的跨平臺(tái)游戲引擎，本身支持Windows、Mac OS、Wii、PlayStation 系列、Xbox 系列等多種平臺(tái)，網(wǎng)頁游戲部分只要在瀏覽器安裝外掛程序即可執(zhí)行，而版本部分有付費(fèi)的專業(yè)版、30 天內(nèi)免費(fèi)的專業(yè)版與初學(xué)者免費(fèi)個(gè)人版兩個(gè)版本，專業(yè)版功能較個(gè)人版強(qiáng)大也增加了服務(wù)與流程的優(yōu)化。

總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能讓使用者與系統(tǒng)的互動(dòng)更加直覺化，無論是系統(tǒng)對(duì)于使用者視角旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的判斷，或是系統(tǒng)將畫面呈現(xiàn)給使用者身臨其境的感官享受，都比現(xiàn)在原有的屏幕窗口與使用者之間的互動(dòng)與呈現(xiàn)方式更加直覺。不過現(xiàn)有的系統(tǒng)在配合虛擬現(xiàn)實(shí)的呈現(xiàn)方面并不是相當(dāng)多，開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)的各種接口也因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)硬設(shè)備越來越便宜所以近年來才漸漸增加。

責(zé)任編輯 朱守鋰