基于VR技術的運動健身游戲

金陵中學河西分校 劉子涵

一、什么是VR技術

VR技術即虛擬現(xiàn)實技術，指通過特定的設備，將提前編寫好的虛擬環(huán)境通過視覺、聽覺以至于觸覺、嗅覺、味覺等感覺真實地為使用者再現(xiàn)，通過對數(shù)據(jù)的傳入及傳出處理，可實施實時監(jiān)測、碰撞交互等一系列功能。它通過對多種技術如實時三維計算機圖形技術，廣角立體顯示技術，對使用者頭、眼和手的跟蹤技術等的綜合，為使用者還原一個堪稱無比真實的世界[1]。

同時，VR技術是仿真技術的一個重要研究發(fā)展方向，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術前沿學科和研究領域。其主要包括模擬環(huán)境、感知和傳感設備等方面。模擬環(huán)境是由計算機生成三維立體，仿真度極高的圖像。感知是指VR應具有一切人所具有的感知。除視覺感知外，還應有聽覺、觸覺甚至嗅覺和味覺等。傳感設備是指用于VR英勇的三維交互設備。

當今，VR技術用到的硬件設備[2]：（1）Oculus Rift。（2）HTC Vive。（3）索尼PlayStation VR。

二、VR技術的現(xiàn)狀和當今人們運動健身的現(xiàn)狀

隨著計算機圖形學、計算機系統(tǒng)工程等技術的告訴發(fā)展，虛擬現(xiàn)實已得到國家有關部門和科學家們的高度重視，引起我過各界人士的關注，研究與應用。

在快節(jié)奏的當今社會，許多針對健康的調查報告都呈現(xiàn)出一個共同的趨勢：亞健康人數(shù)比例在不斷上升。究其原因，是因為工作時間與閑暇時間比例的嚴重失衡及城市空間的不斷被占用使很多人沒有辦法進行健身。也因此，健身人群也在不斷向類似健身房一類的室內健身空間聚集，雖然這些場所一定程度上地解決了部分人的問題，但是有相當一部分的人更新華下班玩一些電子游戲，從而沒有時間進行體育鍛煉。因此，基于VR技術的健身運動成為了大眾所關注的項目。

三、基于VR自行車越野游戲

基于虛擬現(xiàn)實的自行車越野游戲，用戶在室內健身自行車做騎行，虛擬現(xiàn)實技術會提供不同的騎行場景。看到不同的場景，比如在海邊，在環(huán)境比較優(yōu)美的公路，虛擬現(xiàn)實技術也可以提供聽覺上的東西，比如別人汽車的聲音、如果在海邊就會有流水的聲音。如果選擇比較崎嶇的路線的話，在剎車或者高低不定地勢上回有相應顛簸的感覺。這個游戲只需用戶帶上需要的VR器械，眼鏡、感知儀器等相關器械，然后利用室內健身自行車就可以運動了。如果聯(lián)網(wǎng)的話，有相同的用戶在同一條上的同一個地方在恰好的時間可以看到別人，用戶可以自己設定自己的形象（孫悟空，蜘蛛俠），這個主要展示給其它游戲者看到。也可以制作自己本人的形象。

用戶還可以自己相應賽道模式。在單機模式下，用戶可以選擇單獨騎行，在VR構造出的虛擬世界中騎完全程。也可以設定NPC參與其中，或是在路邊駐足助威的路人，或是同用戶一同騎行的伙伴；在聯(lián)機模式下，用戶既可以選擇如前文所述在相同的由游戲公司設計的游戲自備公共地圖內實時與其他用戶相遇的模式，也可以選擇創(chuàng)建房間導入自行設計的地圖而讓他人加入其中一同騎行的模式。用戶還可以自行選擇類似普通騎行或是競賽騎行，亦或是天梯排位一類的模式，根據(jù)自身或是純粹休閑，或是休閑同時也在鍛煉的需求而決定。

1.VR自行車越野游戲用到的器械

健身自行車：健身者的腳踏力由健身車傳動部件傳遞給飛輪、飛輪的轉速以及加、減速度可由制動部件控制，轉向由龍頭控制，飛輪與安裝在底座上的測速電動機的驅動軸組成摩擦傳動模擬真實地騎行感覺[1]。

運動捕捉輸入設備：虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)希望令用戶沉浸在其所構建的虛擬場景中，虛擬現(xiàn)實技術研究的重點一直是在提升用戶的沉浸感，希望將用戶在現(xiàn)實世界中的操作映射到虛擬場景中。

語音控制輸入設備：語言作為一種交互工具在我們的生活中己經密不可分，將虛擬現(xiàn)實技術與語音控制技術結合起來也是虛擬現(xiàn)實技術的一個研究方向。現(xiàn)實生活中我們也會使用語音控制輸入設備，通過語音來完成一些操作[3]。

無線傳輸設備：藍牙也可以是wifi，主要用來實時傳輸同步產生的數(shù)據(jù)。

2.VR自行車越野游戲用到的技術

虛擬場景重建：無論是重建一個世界、一個場景或是一個物體，都需要初始化的參數(shù)。對于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來說，所需要的參數(shù)即為上章所述而傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

操作平臺：無論是二維場景還是三維場景，其呈現(xiàn)平臺統(tǒng)一為iOS設備。

三維場景呈現(xiàn)：三維場景與二維場景最大的差異是其場景的逼真性，而逼真正是虛擬現(xiàn)實技術所追求的目標，所以目前市面上的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)大多采用三維場景來呈現(xiàn)其虛擬世界。三維場景的高速發(fā)展，也促使了其實現(xiàn)的簡便性。

3.VR自行車越野游戲的優(yōu)勢

在娛樂中做到健身：能在游戲中鍛煉身體歷來就是人們所向往的事情，健身游戲比起傳統(tǒng)的健身方式顯然更受人們尤其是年輕人的喜愛。以游戲的方式進行自行車騎行運動，既能讓人自行選擇在喜歡的環(huán)境中運動，又能以十足的趣味性使人不至于想要放棄。而對于上班族而言，除了極少部分，結束了一天的工作之后第一個想到的肯定都是放松自己，VR健身游戲則能滿足他們的精神需求，而同時又能保證他們的身體能擁有應有的鍛煉而不至于被疲勞壓垮。既不會出現(xiàn)無法兼顧健身和娛樂這樣的情況，又能讓喜歡娛樂甚于健身的人有理由有動機健身。

感受現(xiàn)實沒有的體驗：不少年輕人都追求新奇，例如在云層中騎行或是在大海上騎行會是什么樣的感受。對于這種想要體驗不同運動場景、想要體驗在現(xiàn)實中沒有的賽道的人，前文提及的VR游戲自備的不同場景或是可自行設計的場景則能充分地滿足他們的想象。

解決健身場館問題：在不少的城市都有專門的健身館，但健身館的收費對于學生以及工資狀況不算良好的普通民眾而言也是一筆不小的開支。且在現(xiàn)在的環(huán)境下，專門用于健身的公共場所越發(fā)稀少，很多都需要使用公園等本用作休閑的公共場所進行健身鍛煉，而因此帶來的嘈雜、占用空地等因素在一定程度上會妨礙到其他人的休息。在自然環(huán)境中進行鍛煉，又會受到天氣的制約，比如在陰雨天下是肯定無法進行室外活動的，而使用VR設備進行鍛煉則不會受這一點的影響。

圖1 VR自行車越野游戲的概念圖

減少意外事故發(fā)生的幾率：戶外健身的一個不可忽視的問題就是安全性，我們常常能看見因運動健身而發(fā)生意外的悲劇刊載于報，例如在這一領域中死亡人數(shù)比例堪稱遙遙領先的“極限挑戰(zhàn)”，若是以VR構建出相關場景，再采取其它的措施使其模擬出極限卻又能及時施救、確保安全的場景，則不會有那么多的事故發(fā)生。而在家中進行VR健身的話則更簡單，雖說不是隨時能備好藥，但安全系數(shù)比及戶外健身則上升了好幾個層次。

4.VR自行車越野游戲的概念圖（見圖1）

四、VR游戲有哪些優(yōu)勢，VR游戲有哪些不足

VR環(huán)境具有很多優(yōu)勢，而其最大的優(yōu)勢就是堪稱與現(xiàn)實環(huán)境無二的逼真沉浸感。在建模優(yōu)秀的情況下，用戶可以真實地用身體感受到“秀才不出門，盡知天下事”的體驗。而作為未來構成VR環(huán)境的重點之一的VR游戲，更是可以將這樣的優(yōu)勢發(fā)揮到很大的地步。通過對環(huán)境逼真的模擬，可以很輕易地達成現(xiàn)階段許多游戲所追求的3D效果而同時還能通過傳感設備達成游戲所極力追求的真實感[7]。

VR設備所需成本很高且國內能夠搭載的應用偏少，且迄今為止沒有一部真正意義上的VR影視作品，許多普通人不會愿意買回一款只有幾個應用可用的設備。例如HTC VIVE VR售價近7000元，僅售價就讓多數(shù)玩家望而卻步，

同時，使用VR設備時間久時會令使用者有眩暈感，其中的原因有：

身已動而畫面未動：如果無法獲取VR眼鏡的姿態(tài)和平移信息，則無法感知到移動視差。身體移動后，觀看視點的位置和觀看角度也隨之改變，但人眼看見的3D畫面并沒有相應的改變。這會導致大腦在處理視覺信息和肢體運動信息時產生沖突，從而在一定程度上導致眩暈不適。

畫面已動而身未動。目前虛擬現(xiàn)實的應用還局限在一個非常有限的物理空間內。當畫面快速變化時，我們身體的運動也應該與之匹配，但受到運動范圍的限制，身體并沒有產生對應幅度的運動，從而在大腦中產生了肢體運動信息和視覺信息的沖突。例如，通過虛擬現(xiàn)實體驗過山車時，觀看地點和角度在快速地變化，但身體卻保持不變。當VR畫面變化（過度）越快時，大腦產生的沖突越明顯。