VR技術現狀與應用領域研究

廈門南洋學院，福建省廈門市 361102

一、VR技術現狀

1、VR技術發展概要

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）技術產生于20世紀60年代[1]，VR一詞是由美國VPL公司創建人拉尼爾（Jaron Lanier）在20世紀80年代提出的。VR技術涉及計算機圖形學、傳感器技術、動力學、光學、人工智能及社會心理學等研究領域，是多媒體和三維技術發展的新方向，虛擬現實技術是一種基于可計算信息的沉浸式交互環境，是一種新的人機交互接口。具體地說，就是采用以計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境（Virtual Environment，簡稱VE），用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生親臨等同真實環境的感受和體驗。

VR早期主要用在軍事領域[1]，近幾年來隨著云計算、大數據、傳感器、5G技術的發展，VR逐漸應用在軍事航天、演播室、游戲等領域，目前有走向大眾化的趨勢。業內人士認為[2]：20世紀80年代是個人計算機的時代，90年代是網絡、多媒體的時代，而21世紀則將是虛擬現實技術的時代。

2、VR市場主要產品

自從2014年3月25日，Facebook以20億[3]美元收購Oculus VR之后，全球VR市場逐 漸升溫，微軟、三星、HTC、索尼、雷蛇、佳能等科技巨頭進軍VR領域，整個行業正在蓬勃發展，推出了一批初級階段的產品。

從市場來看VR產品主要有硬件設備和內容兩大類，其中硬件主要有頭戴設備（眼鏡、頭盔、一體機）、非頭戴設備和手套；其中內容主要有場景、游戲、分發平臺等。

（1）頭戴設備

頭戴VR設備是虛擬現實的主要形式，通過沉浸式的頭盔或者VR眼鏡，用戶可以直接置身于虛擬世界中，這種體驗是最為直觀和徹底的，也將是未來虛擬現實的發展趨勢，表1是主流廠商的和種頭戴設備。

表1 頭戴設備類產品

（2）非頭戴設備

非頭戴產品以體感類設備為主，由于技術條件限制，該類產品在過去一段時間，是大家體驗VR的基本方法，但是相對于頭戴類VR設備，非頭戴設備并不能達到其身臨其境的體驗，在未來這類產品或將主要作為頭戴類VR的配件使用，市場上主流產品有NextVR（圖2）、微軟Kinect、索尼PS4、享動體感游戲機XD3188-2、幻影手電腦體感游戲棒等。

（3）手套

手套作為頭戴VR的配套產品，其設計出發點就是為了更好地體驗頭戴VR產品，通過數據手套，用戶可以通過感官體驗更加真實的馳騁于虛擬現實中，市場主流產品有5DT（圖3）、Immersion CyberGrasp、DGTech、Fakespace、Measurand等數據手套。

二、VR技術瓶頸

1、人才

當今世界市場和科技的競爭就是人才的競爭，目前VR人才嚴重缺乏，有限的VR人才集中美國、英國、加拿大等以IT高科技為主導的創新型國家和地區。根據領英發布全球VR（虛擬現實）人才報告中數據顯示[4]，美國VR人才占全球總數40%，而中國VR人才數量占全球2%，比印度還低。從VR職位需求量來看，美國獨占近半，中國則約占18%緊隨其后(圖4)。

2、硬件瓶頸

隨著云計算、大數據、5G技術的發展基本上可以保證在輕便的硬件上實現足夠的計算速度、存儲空間、傳輸速率和續航能力。目前最需要解決的是圖像技術瓶頸[5]。圖像識別技術不成熟，特別在復雜圖形、動態圖像、特殊場景（如夜間）等方面，信息篩選、識別的正確率和精確率均較低，遠不足以支撐一款消費級產品；實時三維建模技術缺乏；精確定位技術誤差大，遠未到商用階段，還需要時間研究。

3、內容瓶頸

目前市場上是硬件品種多而內容少，高清高質量的內容更少，主要原因一方面是內容制作成本很高，內容制作必備“人才、相機、軟件和平臺”，人才的缺乏、相機的昂貴、軟件和平臺剛剛上線，都需要人力和資金的投入；另一方面市場的硬件技術還不夠成熟，沒有足夠的信心讓企業家或投資者向內容上投入大量的資金。因此簡化內容制作技術，確保對用戶而言虛擬現實內容觸手可及，同時提高內容質量這是推廣虛擬現實技術的關鍵之一。

三、VR發展趨勢及應用領域

據2015高盛VR報告中預計[6]，到2020年，全球頭戴VR設備年銷量會達4000萬臺，硬件市場規模至少￥400億元，加上內容、企業級市場，將是千億以上；長遠看，VR產業規模萬億可期。

經過大數據分析 VR主要應用在十大應用領域，包括教育、工程、電影、旅游、軍事、房產、醫療、直播、游戲、購物等。

1、實體店般的體驗-- VR在購物平臺領域的應用

VR購物，是打破物理限制，讓商家把整個店鋪帶到消費者眼前，感覺就是在逛實體店，隨手可以觸摸產品的質感和試穿戴體驗，VR購物有望成為繼電商和移動互聯網之后的新一代購物方式。但目前階段，VR購物仍然只是一種吸引眼球的營銷手段，是一種行業的探索性實驗。然而，如果VR購物取得突破性進展，制作成本大幅度下降，那么越來越多的購物中心和購物平臺將面臨著轉型升級的挑戰。圖5 為淘寶移動平臺工作人員演示VR購物場景

2、身在其中的刺激-- VR在游戲領域的應用

對于游戲玩家而言，大概沒有什么比戴著VR頭盔“走進”游戲場景，隨著音樂手舞足蹈，或握著手柄做出射箭、射擊的動作，體驗一場身在其中的刺激。近兩年虛擬現實設備及內容、移動游戲操控設備等細分領域正在順勢蓬勃發展。圖6為網易推出的首款VR游戲《破曉喚龍者》。

3、感受現場的氛圍--VR在事件直播領域的應用

現場看球賽、演唱會或國慶閱兵等國家重大事件時，除了觀看主角的精彩表現或表演，同時感受現場的氛圍，觀眾的歡呼聲與吶喊聲，甚至還能見到一些小插曲，讓你回味無窮。以上感覺在VR直播中都能體味到，目前電視直播的觀看體驗根本無法與沉浸式VR體驗相提并論。圖7是VR直播的中國國家足球隊的比賽。

4、醫學界的良方--VR在醫療保健領域的應用

VR在醫療保健領主要有兩方應用，一方面是用于醫療教育培訓，讓臨床醫生在練習外科手術時可以享有視覺及觸覺上的雙重體驗，從而提高實踐經驗；另一方面是用于治療，主要是針對那些因為燒傷之后有強烈痛感以及長期處于恐懼和害怕狀態的病人，VR技術能夠幫助醫生循序漸進地去刺激患者，讓患者慢慢恢復創傷處的知覺，實現痊愈的目的。

5、房產中介的殺手--VR在房產領域的應用

在房產銷售時VR為用戶提供360°全景沉浸式看房體驗，勢必進一步推進房產發展并提高交易效率。購房者戴上虛擬現實眼鏡后，配合開發的VR虛擬現實樣板房系統，便可置身在新房之中，房屋結構、效果一目了然，并且還可以前進、后退隨意移動感受房屋效果，突破以往看宣傳冊和模型的局限，將來在線遠程買房成為可能，房產中介公司可能會消失。

6、VR技術的發源地--VR在軍事領域的應用

VR 技術就是在軍事領域誕生與應用，VR技術的仿真模擬場景能夠很好地讓軍事訓練達到預期效果，而且盡可能讓士兵避免死亡的威脅或是嚴重的傷害。在現代看似和平年代，但各國的較量除了經濟就是軍事能力，訓練有數的軍隊對捍衛國家主權至關重要。

7、環游宇宙的夢想--VR在旅游領域的應用

VR旅游的出現就是借助VR頭戴式顯示器，將景色以3D交互視頻的形式、360度全景式呈現在用戶眼前。虛擬現實將成為未來旅行、觀光的重要發展方向之一。用戶可以借助虛擬現實來實現預覽、規劃、演示的目的，更輕松制定行程和計劃。同時，探索一些無法到達的星球。全新的虛擬現實旅游體驗模式，將改變人們的旅游方式，顛覆人們對旅游的認知，成為未來旅行、觀光、文化導覽的一種重要發展方向。圖8為福建首部旅游VR全景延時視頻。

8、顛覆電影的大師--VR在電影領域的應用

相對于3D、巨幕電影等圍繞著平面銀幕做出的革新，VR電影對視聽語言和敘述方式的改變堪稱一場革命性的再創造。傳統影院電影是在二維平面上呈現影像，而VR電影由于360度視點的存在，能用影像構建一個三維空間。VR電影更像是一個電影的游戲化，觀眾可以選擇不同的視角，以一個“局內人”的身份完全沉浸并參與到故事中，去體驗感知不同的故事進展與結局。

9、身臨其境做設計--VR在工程領域的應用

利用工程分析軟件模擬的結果數據與可視化開發包AVS/Express，結合數據手套和位置跟蹤器在AVS[6]平臺上實現了工程分析數據的交互式可視化。將工程分析數據和真實感模型結合起來，且利用虛擬現實技術提供給用戶交互式的可視化環境。交互式可視化能夠準確直觀地展示工程結構的應力和應變分布情況，為產品結構優化設計提供依據，并且可以實現交互式操作，使可視化具有"沉浸感"，從而大大提高工程設計的質量，提供了一種新的工程分析數據可視化實現模式。

10、創設體驗式學習環境--VR在教育領域的應用

VR與教育的結合，改變抽象理論課和實訓課的教學模式，虛擬現實技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環境，如建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結構顯示等，在廣泛的科目領域提供無限的虛擬體驗，從而加速和鞏固學生學習知識的過程[8]。一方面把人體結構、材料結構等抽象知識三維化，讓學生直觀理解知識點，另一方面在化學反應、外科手術等高危險試驗中虛擬化，讓學生反復實驗，提升技能。圖9為北京培新小學的VR課堂。

四、VR產業鏈

VR產業鏈中主要分為供應商、交易平臺、用戶三個主體，供應商有硬件設備研發及制造商（VR頭盔、VR眼鏡等）和內容制作商（游戲、視頻等）；用戶有企業用戶和個人消費者，VR在軍事、教育、醫療、工程領域的應用主要是企業客戶，VR在購物、電影、旅游、直播、游戲、房產主要是個人消費者；交易平臺有硬件銷售渠道和內容分發平臺及服務等，詳見圖10。

五、總結

設想很美好，現實太骨感，目前VR產品的體驗仍有很多局限，還不足以進入消費市場；可喜的是投資機構普遍重視、企業研發極其活躍，已啟動VR技術發展的第三次浪潮。從市場來看，硬件方面的發展短期內將會呈現百花齊放的姿態，隨著Oculus Rift、三星 Gear等主流頭顯的推出，多數人的目光開始轉向了內容制作部分，當前市場內容的匱乏也是影響VR技術的重要瓶頸之一。隨著資本市場的投入， 相信VR技術的硬件、內容、人才瓶頸都會得以解決； 相信VR技術除了在本文提出的游戲等十個領域的應用之外[7]，還會產生新領域的應用，期待讀者的拓展；相信業內人士認為是對的，20世紀80年代是個人計算機的時代，90年代是網絡、多媒體的時代，而21世紀則將是虛擬現實技術的時代。