虛擬現實技術在電腦游戲中的應用

衛子恒

摘 要 虛擬現實技術是通過計算機計算生成的一種發生在模擬環境中的交互體驗，把這項技術應用到游戲中是當今游戲發展的熱門方向。文章先介紹了虛擬現實技術的發展歷史，然后介紹了它在電腦游戲里的應用原理，再討論了它的發展問題，最后對我國VR游戲的發展方向提出建議。

關鍵詞 虛擬現實；計算機；游戲

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）225-0138-02

自從電腦游戲誕生，我們致力于將游戲中的場景還原地更加的逼真，經過許多研發者的努力，游戲的視覺效果不斷的得到優化。但是，無論場景多么的逼真，我們仿佛始終置身于游戲之外，而虛擬現實技術很好地解決了這個問題。

VR技術包含了仿真技術﹑多媒體技術與計算機圖形學等多種技術，它是一門極有發展前景的學科。虛擬現實技術可以讓游戲玩家體驗三維的游戲環境的同時可以操作游戲與游戲實現溝通。本篇文章將通過介紹VR技術的發展歷史，虛擬現實技術應用于游戲的問題及發展趨勢以及我國虛擬技術的發展建議來展開描述。

1 虛擬現實技術的發展歷史

20世紀80年代位于美國的VRP公司率先提出虛擬現實技術，虛擬現實技術演變發展史大體上可以分為4個階段。

1.1 虛擬現實萌芽（1963—1972）

Myron Krueger是美國計算機藝術家、互動藝術家。在威斯康星大學攻讀博士學位期間，他在1969年從事了許多計算機互動的工作，其中包括GlowFlow。GlowFlow作為早期虛擬現實環境原型，是一個由計算機控制，以人響應作為輸入的環境。他也是虛擬現實（VR）和增強現實（AR）領域的早期階段或第一代研究員之一。

1.2 虛擬現實概念的產生和理論初步形成（1973—1989）

美國VPL公司創建人Jaron Lanier，他被業界稱為”虛擬現實之父”，這位集計算機科學家、哲學家和音樂家三種身份于一身的天才工程師在1987年提出了VR概念。VPL公司研發出了一系列虛擬現實設備，包括Dataglove（由該公司的聯合創始人 Tom Zimmerman 在工程師 Young Harvill 的協助下所創造出來的）和EyePhone頭戴式顯示器和手套。

1.3 虛擬現實理論進一步的完善和應用（1990—2000）

1991年，SEGA發行了SEGA VR耳機，它通過應用立體聲耳機和慣性傳感器來讓系統可以追蹤并反映用戶頭部的行動。同年，卡羅利納·克魯茲·內拉﹑丹尼爾·J·桑丁和托馬斯·A·迪法蒂在電子可視化實驗室建造了第一個可視化立方房間，它融入了一個全息甲板的多投影環境，允許人們可以看到周遭的其他人。

1.4 虛擬現實技術的高速發展（2000—2015）

2001年4月，由Z-A 生產的SAS Cube成為第一個立體空間臺式機。2007年，谷歌地圖推出了街景地圖，這項服務可以顯示越來越多的全球位置的3D立體全景。

2010年，帕爾默·拉奇設計了Oculus Rift，它是一個虛擬實境頭戴式顯示器，也是第一個消費者取向的虛擬實境頭套。2015年，深圳萬普拉斯科技有限公司（OnePlus）成為第一家利用虛擬現實推出產品的公司。

2 虛擬現實技術應用于游戲的原理

虛擬現實技術（VR）融入了計算機圖形學、傳感技術、顯示技術等，能夠在虛擬環境中逼真模擬現實景觀，便于用戶通過VR設備獲得類似于真實環境交互的沉浸感[ 1 ]。這種身臨其境的環境體驗通過視覺﹑聽覺和觸覺來實現并且可以和現實世界十分相似，但同時也可以是想象出來的環境。伴隨著電子游戲對于逼真的三維效果的追求，目前VR技術已被廣泛地應用于游戲領域。

VR游戲通常是通過一個頭戴式顯示器來實現運轉地。它的功能在于創建一個真人大小的三維立體虛擬視覺環境，通過VR頭罩無論你看向哪個方向，內置的屏幕會檢測你的頭部以及肩部的運動幅度及視線轉角來顯示相對應的圖像，進而營造逼真的視覺效果。

VR游戲顯示通常會傳送兩個鏡頭，左右眼睛各自對應不同的鏡頭圖像，兩個圖像之間存在細微的差別[ 2 ]。這些鏡頭通過重塑每只眼睛所見的不同圖像，來模擬我們兩只眼睛在現實生活中看待世界的方式，從而在人體的視覺中構建出立體的圖像。

VR頭戴式顯示器可以通過增加視野即圖像的寬度，來增加沉浸感。虛擬現實游戲中，放大和擴展顯示器像素會將相同數量的像素分布到更廣的空間里，這使得大部分VR游戲像素并不會很高。因為游戲生成的圖片出現卡頓會令讓玩家感到不適，所以圖像最低幀率不能少于每秒60幀[ 3 ]。

此外，為了使VR游戲能夠提供更加逼真的真實情景，三維立體的音響效果也被用于增加使用者的沉浸感。應用程序和游戲開發人員可以結合雙耳或3D音頻和VR頭戴式耳機的頭部跟蹤技術，讓佩戴者感覺到聲音來自后方、側面或遠處[ 4 ]。

3 虛擬現實技術應用于游戲的發展問題

近年來虛擬現實技術的高速發展使得許多人認為虛擬現實技術已經進入了成熟期，但在具體的技術完善進程中，還存在下面幾個問題值得我們關注。

3.1 設備造價高昂，且需要網絡的支持，無便攜式設備，占地空間龐大

雖然VR技術得到了前所未有的發展，但是它的頭套成本依然是相對昂貴的，這就造成了它的銷售價格要比其他的游戲設備的價格要高出不少。而且大部分市場上推出的VR游戲提供了更加逼真的游戲場景和細節優化，這也就需要更好的運行設備來提供非常高的FPS（每秒傳輸幀數）。因為這些原因，造成了VR游戲還難以在普通的消費者人群中普及[ 4 ]。

3.2 缺乏成型的商業模式，開發難度較大

VR游戲的主要體驗便是讓玩家能夠有身臨其境的體驗，但是目前VR游戲的市場才慢慢地向大眾打開，游戲的類別還是相對來說比較單一的，而且并不是所有的游戲都可以朝著VR模式的方向開發的，有很多游戲因為本身設置是基于第三人稱，所以并不需要再加以開發從而提升它的真實性與沉浸性。為了能夠在VR游戲中開發出新的應用模式還是需要更多的研究員去研究與開發。

3.3 人們保守的觀念

大眾群體會需要一段時間來接受新的游戲方式這是必然的，從以前的小霸王游戲機到電腦游戲，再從電腦游戲發展到VR游戲。人們習慣了操作鍵盤鼠標之后再去操作新的事物也是需要學習和適應的。

4 對我國虛擬技術的發展建議

虛擬現實技術有很多健康安全的因素需要考慮。大多數的虛擬現實系統都會伴隨著消費警告：在使用過程中有可能會出現癲癇發作﹑兒童發育問題﹑磕絆或者碰撞，因為重復的受力而導致的不舒服甚至受傷。這些都是值得去關注的問題，有些用戶即使沒有癲癇的病史，他們也有可能會在使用VR耳機的時候出現抽搐和癲癇。根據調查，大概每4 000個體驗用戶中就會有一人出現這樣的癥狀，而且在20歲以下的人群中更常見[ 5 ]。所以大多數VR耳機不建議兒童使用。

所以政府應該盡可能地制定完整的產業規劃，頒布相關的法規來讓群眾在體驗高科技技術的同時，也能夠保持一個良好的身心健康。同時鼓勵虛擬技術的學習與發展，吸引人才，迎合消費者的需求。

目前我國正在經濟發展的高峰期，促進虛擬現實技術的發展使我國的虛擬現實技術達到世界一流水平是極其重要的，它將會極大地刺激我國在高科技領域的經濟發展。

5 結論

文章總結了VR游戲的特點和發展現狀，綜上所述，VR游戲的前景是非常樂觀的。無論是主打游戲體驗的商業游戲內容，還是融入應用體系的嚴肅游戲領域，都將隨著VR硬件產業的進一步提升完善而得到充分發展。

參考文獻

[1]崔麗.VR虛擬現實技術在三維游戲設計中的開發與實現[J].電視技術，2018（5）：44-48.

[2]王辭曉，李賀，尚俊杰.基于虛擬現實和增強現實的教育游戲應用及發展前景[J].中國電化教育，2017（8）：99-107.

[3]Sophie Charara. Explained： How does VR actually work？[EB/OL].[2017-12-26].https：//www.wareable.com/ vr/how-does-vr-work-explained.

[4]李望秀，李華新，石皓.游戲型虛擬現實旅游系統的設計與實現[J].電腦與信息技術，2018（1）：44-46.

[5]Gary Napper. VR Theories And Predictions[EB/OL].[2016-04-23].https：//www.vrfocus.com/2015/06/vrtheories-and-predictions/