虛擬現實技術教育對未來影視等行業發展的研究

汪永吉

廣西民族大學相思湖學院

一、虛擬現實技術概念、發展與外延

（一）虛擬現實技術（Virtual Reality）英文縮寫為VR。它是利用特殊裝備、信息技術和電腦模擬產生三維虛擬環境，給使用者最大的觸動就是視覺、聽覺、觸覺等感官的綜合模擬體驗，讓使用者如同身臨其境一般，甚至從一些現實無法達到的視角來觀察三維虛擬世界當中的各種事物，并與這些事物進行互動交互。

虛擬現實技術有三個重要特點：想象性、沉浸感、交互性。就像電影《頭號玩家》當中鬼才科學家詹姆斯哈利迪一樣，想象任何現實當中存在或不存在的場景。為這個想象當中的世界來設計相應的規則，然后構建它，這就是虛擬現實的想象性，在這個虛擬世界當中。通過計算機仿真和虛擬現實設備對物體進行交互，其沉浸感就是虛擬現實送給體驗者最大的驚喜感。當我們戴上虛擬現實眼鏡以后可以獲得一種完全沉浸在虛擬世界當中的感覺，分不清是真實還是虛幻。

（二）虛擬現實技術發展歷程。虛擬現實并不是近幾年才有的技術，早在上個世紀30年代，美國作家斯坦利開發了虛擬現實眼鏡；到60年代，美國就開發出了第1套虛擬現實的設備和頭戴式的顯示器，而VR這樣的一個概念是一直到上個世紀八九十年代才首次被提出，并且開始了初次的產業嘗試，產品包括U-Force。它可以通過紅外線檢測玩家的動作Power Glove動作手套，還有首款消費級的VR產品_virtually 1000CS。隨后誕生了虛擬現實建模語言VRMR任天堂推出的第1款國家設備是virtual boy，但是由于技術的限制，整個行業直到2012年才被正式的引爆起來，標志性的事件就是facebook公司以20億美金收購了虛擬現實眼鏡制造商Oculus，并推出消費級的VR眼鏡，隨后2016年就被普遍認為是虛擬現實元年，更多的資金、人才都搶先涌入到這個行業當中，為VR技術的發展提供了更多突破性的可能。

（三）虛擬現實技術外延。現實生活中人們往往用VR這一個詞去涵蓋了其它內容，這其中就包括AR和MR。

用戶通過VR技術在虛擬的頭盔里仿佛穿越到了另外一個世界，但它只能體驗到虛擬世界，而無法看到當下的現實環境；增強現實(AR)在拍攝獲取現實世界的畫面之后，我們可以再將虛擬的三維模型或者是場景，實時的去疊加在現實世界獲取的畫面當中，形成一個虛擬疊加渾然一體的環境，用戶既能看到真實的世界，又能看到虛擬事物，用錦上添花來形容就最貼切不過了；混合現實(MR)的應用，是將現實和虛擬融合，形成第一人、觀眾、現實+虛擬環境產生新的可視化的環境。在這個新的可視化的環境當中，物理對象和數字對象同時存在、相互印證，還能夠實時的互動，使得用戶難以分辨真實世界與虛擬世界的邊界，獲得一種虛實結合真假難辨的感。

二、虛擬現實的應用

（一）VR頭戴虛擬裝備。主流是VR頭戴顯示器，是近年來最熱門的VR產品，市面上主流的產品有HTC VIVE、OCULU SCV1等等。VR頭盔是將人與外界隔絕，以便能利用頭盔顯示內部視覺化VR體驗環境。引導虛擬用戶產生一種身處虛擬環境的感覺配套的定位設備，將用戶在現實環境當中的升級動作同步到虛擬世界當中，使得用戶可以在虛擬現實的環境當中進行走動，環視和漫游，另外配套的專業定位手柄還可以幫助用戶在虛擬現實環境當中進行，進行物體的碰觸、抓取、拖拽等等工作，目前虛擬現實頭盔廣泛的應用于VR游戲，虛擬仿真實驗實訓，模擬技能的訓練，遠程醫療協同，虛擬手術訓練，房地產的仿真體驗，旅游景區的全景漫游等等不同的領域當中。

（二）光學姿態傳感交互系統，光學姿態傳感交互系統，它是基于一整套精密而復雜的光學攝像頭，結合計算機視覺立體識別原理，由多個攝像模塊組合而成，從不同角度對目標進行圖像的采集，然后依據圖像識別和深度檢測算法來提取相應的特征點，實現人肢體動作的捕捉，光學姿態傳感交互系統的普及可以大大提升虛擬現實的交互性，讓虛擬現實的交互可以從手握手筆、手指按鍵的交互形態轉變為就是用自然的肢體動作直接完成對虛擬世界的交互。如果說VR頭盔是將我們的眼睛耳朵和手指傳送到了虛擬世界當中，那么光學姿態傳感交互系統則是將我們的身體四肢都傳送到了虛擬世界，并與物體進行交互，目前市場上主流的產品有KINECT、Leap Motion等等。光學交互系統主要應用于運動、游戲、交互、廣告、展覽展示、肢體動作的虛擬訓練等等不同的方面。

（三）虛擬的傳感交互系統。由多軸測量組成，每個測量節點都會返回在運動過程當中的三個軸上面的角速度、加速度的值，由測得的數值進行結算，得到使用者的身體姿態。目前市面上主流的產品有諾伊騰慣性動作捕捉套裝，無線姿態傳感交互系統它被廣泛地應用于影視拍攝人因工程分析、交互設計分析、生產線節拍設計分析、運動動作分析、多人大空間的交互等等。

（四）VR模擬動態系統。當為二體驗者帶上了頭盔之后，在現實空間當中的走動可能會帶來撞墻繞線等等一系列的安全風險，為此一種VR專用的跑步機應運而生，當人們穿上特制的鞋子，在非二跑步機上的時候，體驗者是被一個攔腰的支架柔和的限制在一個圓形的區域范圍之內，可以自由的轉向，不需要擔心頭盔、繞線、絆倒自己等等這樣的一些危險的發生，可以像平時一樣隨意的前后左右自由的走動，都會被跑步機巧妙的轉動回原來的位置，因此我們就不用擔心，碰到勢必這樣的危險，同時還能夠精確的記錄相應的數據。人在跑步機上的行走這樣的動作會被精確的傳送到虛擬世界中，使得人們在虛擬世界當中漫游的時候，獲得了更加仿真的感覺，并且極大的保護了被頭盔籠罩的用戶在體驗時的安全性，因此運動同步傳感交互系統廣泛的被應用于虛擬現實的人機交互、運動同步分析、虛擬現實同步游戲體驗等等的方面和領域。

（五）VR混合交互。由傳統的虛擬演播室綠屏系統，配合虛擬現實成套設備組合而成，在標準的VR設備之外，增加一套配備VR定位的攝像機，攝像機拍攝綠屏環境當中的體驗者，然后扣除所有綠布畫面，同時在虛擬世界中的同一個位置上，用一架虛擬的攝像機拍攝虛擬視頻的畫面，然后將這兩幅畫面融合在一起，從而就達到了虛實結合的效果，旁觀者以第3人稱的角度看到了在頭盔體驗者的人正在體驗的場景，以及與場景進行相應的交互，它被廣泛的應用在虛擬現實教學虛擬與現實混合交互的一些體驗當中。

（六）VR交互駕駛系統。設場景、戴頭盔成為VR駕駛真實體驗，身臨其境、虛擬場景和真實操作成為虛擬駕駛最大的優勢。同時能快速、節能、安全、經濟、不受時間、氣候、場地等等的限制，還可以益教益樂訓練并效率很高。關于虛擬現實VR的硬件設備眾多，正是因為硬件產品不斷豐富和進步，虛擬現實技術才得以快速的發展，給我們的教育、學習、認知、生活等等帶來更多的便利和更好的體驗。

三、虛擬現實行業分析

（一）VR的發展環境分析。虛擬現實在軍事、教育、工業、旅游、房產、醫療、科研、游戲等等多個方面都用應用。以科技領頭羊美國為例，制定了政府引導、企業高校主導的發展思路。機構方面：美國國家科學基金會(NSF)資助與VR技術相關的項目，產業創新與合作處(IIP)和民用、機械與制造創新處(CMMI)以及大學本科教育處(DUE)；美國航空航天巨頭國家航空航天局（簡稱：航空局）來說，研發涉及有VR航空、空域和星座計劃等，包括大名鼎鼎的星探索(VPE)和未來飛行計劃；在武器性能、操控方面美國防部對VR研發也不甘落后。美國高校也是VR研發和應用的重要場所：北卡羅來納大學(UNC)虛擬現實重點實驗室，在航空、醫療、建筑行業研發應用；專注于VR運動，麻省理工學院(MIT)投入頗大；在VR軍事仿真、戰略演進推移方面，密歇根大學一路要要領先，還受到軍方青睞；在VR虛擬化教育和藝術設計方面，華盛頓大學大放異彩，并很多以轉化為研究成果；而工程類方向要數伊利諾斯州立大學的遠程工程協助；體驗性、沉浸式交互由久負盛名的加州大學開發研究等。

（二）VR硬件前景方面。虛擬現實行業已經經過了半個多世紀的發展，已經形成了從輸入輸出、硬件、內容、制作工具、操作系統、內容制造商到分發平臺的一個全產業鏈，全球所有的大型IT公司都紛紛的布局虛擬現實行業。好萊塢的科幻大片《頭號玩家》，從技術層面的角度，實現電影《頭號玩家》里那樣沉浸式或者增強現實的體驗，根本不需要等到2045年，現在行業內就已經有了與電影差不多的內容和體驗，比如電影里男主角站在一個全方位的跑步機上，帶著虛擬現實眼鏡，他就能夠在方寸之間揮斥方遒，這個技術在2015年就已經有相 對成熟的體驗內容了，還有就是電影主角夢寐以求的，可以在游戲當中感受到觸摸疼痛等觸感的x1套裝，他也已經有公司研發出了類似的裝備產品，玩家可以接受游戲當中每一次槍擊爆炸這樣的觸覺反饋，當然是不會受傷的，但非常的過癮。從技術層面來講，現在流行的是Oculus Rift設備來說，已經具備了VR初級體驗效果。電影里男主角夢寐以求的就是影片中反派公司IOI生產的X1套裝，在游戲過程中能夠真正感受到疼痛等等，其實全身套裝已經有公司研發了出來。2019年3月底觸覺團隊Hardlight VR將開始發售Hardlight VR的觸覺反饋套裝，這個套裝有點像電影中全身套裝的初級版，玩家可以接受游戲中每次槍擊爆炸和爆頭的觸覺反饋。讓體驗者也能夠在虛擬世界當中去裝扮出一個完全不同的自己來。

（三）VR發展所需人才。隨著技術產業加快和規模不斷擴大，VR領域對于專業人才的需求也與日俱增。國內市場權威專業媒體統計，我國2017年VR產值達到160億元，同比增長164%，預計到2020年，我國VR市場將進入到一個相對穩定期，規模將達到近1000億元。來自數字權威媒體領英的數據顯示，中國市場對虛擬現實人才需求量占到全球的18%，并不斷持續的增長中，僅次于美國的48%，排名世界第二。

在這樣的一個背景之下，國家出臺了相關的政策來促進虛擬現實產業的發展以及人才的培養，各地政府紛紛的扶持虛擬現實的企業，高校、科研機構也適時的展開了對虛擬現實專業的建設和研究。國內市場對于虛擬現實編程開發類美術設計類和影視處理類的人才需求特別的旺盛，編程開發類對應的崗位包括：VR系統架構師、VR研發應用工程師、C++編程開發工程師等；而美術設計類相應的崗位有虛擬現實藝術設計師、3D美工、三維特效師、三維渲染師、動畫設計師等等；影視處理類則需要攝影攝像師、導演、后期制作師等等。對于非開發專業的大學生來說，未來的生活勢必會更多的在虛擬與現實交互的環境當中來進行切換，會不斷的接觸和應用到虛擬現實技術，比如旅游購物、裝修、駕駛、社交等等，甚至會運用這個技術來實現自己專業的一些可視化的展示。

四、總結

VR深入發展和普及，會對會對當今社會的各行各業形成沖擊性的發展，給人以嶄新的面貌和身臨其境效果向世人訴說著一個新的科技時代的到來。VR的發展離不開國家的支持、教育機構的研究，教育應該在所有的大學生當中開展，作為未來人才信息技術的素養之一，來幫助同學們發揮創新創造的能力，我們相信隨著越來越多的人才進入到這個行業，虛擬現實將成為下一代計算平臺，深刻的改變我們的社交方式、學習方式以及生產生活的方式。