VR在游戲開發課程的應用

劉偉文

虛擬現實技術是一種可以創造和模擬體驗現實世界的計算機技術，它將真實世界的各種媒體信息有機地融合進虛擬世界，構造用戶能與之進行各個層次的交互處理的虛擬信息空間。計算機圖形學經過了數十年的蓬勃發展，當前正處于一個新的高度。用現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著計算機圖形學的發展，也許準確一點來說應該是相輔相成的。自20世紀90年代初，隨著多媒體計算機的普及，電子游戲開始邁進了三維時代，此后更是一發不可收拾，無論是控制臺游戲平臺上還是PC游戲平臺上，一批批重量級的三維游戲著作層出不窮，推陳出新。

一、傳統的游戲開發現狀

近年來，隨著移動平臺的崛起，三維游戲也走進了移動設備。一款游戲的推廣除了其獨一無二的游戲情節外，視覺效果和開發所使用的技術也常常成為重要的賣點。我們常常會聽到某某游戲用了什么先進的圖形引擎、先進的三維游戲引擎以及先進的物理引擎。三維游戲引擎是三維游戲開發的技術核心，是指一些已編寫好的可編輯三維游戲系統或者是一些互交式實時三維圖形應用程序的核心組件。游戲引擎實現了對通用技術細節的封裝，這使得游戲程序員不必過于關心底層技術的實現細節而只需要調用一些預先做好的類庫即可。從狹義的角度看，游戲引擎就是這一系列實現底層技術的類庫。而從廣義的角度看，游戲引擎是一切可以用來開發游戲的專用工具，例如圖像處理工具、關卡設計器、地形生成器等。“引擎”一詞源于機械工業，以引擎對這一系列的工具進行命名主要是要體現其重要性。

目前市場上多數虛擬現實游戲的操控方式皆是藉由頭戴式設備與大量的其他輸入裝置來執行，例如鼠標與鍵盤、體感捕捉設備、仿真座椅或是機臺、手把甚至是讓人在原地移動的跑步機等等，但是虛擬現實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內使用者接口對于場景來說通常只能固定不動，由使用者去移動或觸碰這個固定在原地的使用者接口，這樣其實和以往鼠標與屏幕的相對關系沒差別，而相對可以隨著視角鏡頭移動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，筆者認為，如果能通過使用者頭部的動作搭配系統接口去作辨識，而達到如動態捕捉或是手勢操控等相同的效果，是否便可以單獨利用虛擬現實本身的裝置去操控一些相對復雜的系統，而不需要再額外購買其他昂貴的輸入設備來做虛擬現實的輔助操控。

二、VR技術的發展前景和應用

與虛擬現實相關的概念其實還有另外兩種，分別是混合實境（Mixed Reality，MR）與擴增實境（Augmented Reality，AR），混合實境是利用設備將虛擬影像與現實中影像結合產生出一個新的環境，現實中的物品亦能夠與虛擬的物品同時存在并且進行互動，例如HoloLens 裝置便能讓使用者分不清場景中何為虛擬的部分何為現實的部分；擴增實境則是利用攝影機鏡頭所拍攝出的特定圖片或是場景，利用計算機程序將虛擬物品在屏幕中與映照出的場景做結合，用途能夠隨著身邊電子產品的運算能力提升而漸漸變得更加廣泛。

但是目前對于虛擬現實軟件部分的開發，大多數的軟件開發平臺都還只著重與硬設備的配合，而沒有開發出能夠適應虛擬現實硬設備的新系統，于是制作出來的游戲或是系統便會給人一種在3D 環境下夾雜著舊有2D 環境的對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立的輸入裝置才能在虛擬現實的環境下控制環境中的不同事件。虛擬現實的興起，帶動了一連串對于虛擬現實系統的制作熱潮，各行各業都希望能與虛擬現實搭上邊，但是為了配合虛擬場景的互動與操作，大多數都增加了許多的感應器與控制器，例如控制手把、釘在墻上的感應器、能感應手部動作的Leap Motion、捕捉身體動作的Kinect 甚至是貼在身體上的傳感器，這些設備的增加雖然讓使用者在使用時的控制方式變多，但大量的設備卻也造成了成本上的負擔與系統在程序撰寫整合上的不方便；而從平面的屏幕轉成頭戴式的3D 虛擬設備就如同傳統按鍵式手機轉變為智能型手機一般，當時所有手機內的軟件都還是以按鍵式去控制，卻沒人想到能以滑動、各種手勢甚至是聲音去控制內部的選項；反觀現在的虛擬現實系統，雖然頭戴式裝置本身就具有三軸感測的功能，但是市場上的系統卻幾乎很少用到頭戴式裝置本身的感測，只有讓使用者頭部能從各個視角觀看的功能。

三、VR在游戲開發課程中的應用

軟件的虛擬仿真水平與現實動態程度相差無幾，其可操控性尤為吸引參與者，尤其是格斗搏殺、海空大戰、夢幻工場等這些常人無法親身經歷的場面，設計得讓游戲者如身臨其境。參與者可以隨心所欲地擔任敵我雙方各種不同的角色，自由選擇任何一款先進的兵器，在自我控制的虛擬戰場中馳騁搏殺，參與者全神貫注，如入無人之境；可單人參與，還可多人參與、遠程參與。

1.影像式：通過攝影或是錄像的方式獲取真實環境中的場景，攝影出的照片可以通過軟件拼貼而成360 度的環場影像，錄像則可以通過近幾年來陸續推出的360 度攝影機例如Ricoh Theta 來錄制身邊場景影片，使用此種方法得來的虛擬現實場景真實度很高，但是只能從拍攝的位置角度來觀看，而無法讓觀看者實時移動到想要的任何位置，也會因為缺乏景深而造成立體感不足的現象。

2.幾何式：通過3D 建模軟件建置出虛擬場景，并以程序代碼編寫場景中的互動效果，能讓觀看者在場景中移動位置與進行互動，不過需要一定程度的硬設備來讓程序順利執行，這種方式雖然立體感很高，但是真實程度會因為建模的細致度而有所差異，也需要花費大量的時間及人力才能完成。

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整，在擁有真實與虛擬場景對象的同時也包含了上述兩種場景建構方式的優缺點，不過比起上述兩種方式還多了可能會產生影像不協調的這個缺點。

四、VR在游戲開發的優點、缺點

虛擬現實裝置不同于以往的屏幕與鍵盤鼠標的關系，而是類似智能型手機將輸出裝置與輸入裝置連結在一起，如同最初功能型手機轉變為智能型手機時，多數的手機即使有了能滑動的屏幕，但是軟件卻還是寫成用一個一個的按鍵去控制手機內的軟件執行，直到后期才有各種滑動與偵測不同手勢的功能加入。現今的虛擬現實也處于和當時的智能型手機剛起步時一樣的階段，明明有了新的偵測方式，卻少有人針對配合虛擬現實的新系統來做開發，相信未來隨著硬設備的不斷更新，虛擬現實也會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實的新系統，無論是更加細微甚至是復雜的人體動作偵測或是更加貼近現實、人性化的2D 或3D 使用者接口系統相信都是未來很好的研究方向。Unity 本身為一套開發領域非常廣的跨平臺游戲引擎，本身支持Windows、Mac OS、Wii、PlayStation 系列、Xbox 系列等多種平臺，網頁游戲部分只要在瀏覽器安裝外掛程序即可執行，而版本部分有付費的專業版、30 天內免費的專業版與初學者免費個人版兩個版本，專業版功能較個人版強大也增加了服務與流程的優化。

總之，虛擬現實技術能讓使用者與系統的互動更加直覺化，無論是系統對于使用者視角旋轉移動的判斷，或是系統將畫面呈現給使用者身臨其境的感官享受，都比現在原有的屏幕窗口與使用者之間的互動與呈現方式更加直覺。不過現有的系統在配合虛擬現實的呈現方面并不是相當多，開發虛擬現實的各種接口也因為虛擬現實硬設備越來越便宜所以近年來才漸漸增加。

責任編輯 朱守鋰