虛擬現實技術淺析

孔盼

摘要：虛擬現實（VR）技術深受GPU巨頭、PC服務器廠商追捧，作為繼鼠標+鍵盤、觸屏人機交互后，又一次跨時代革新，被寄予厚望成為新一代的計算平臺。游戲作為虛擬現實技術的一個重要分支，沉浸式VR游戲帶給用戶的游戲逼真度和沉浸感越來越強。從2015年起，虛擬現實游戲的專利申請呈現爆發式增長，但國內的申請多為實用新型且專利價值度不高，核心技術和高價值專利仍為國外大公司所掌握，本文并就虛擬現實游戲領域存在的問題進行了分析，建議國內企業盡早進行全面的專利布局。

關鍵詞：虛擬現實（VR） 游戲? 頭顯

從概念到技術和產品的初步實現，虛擬現實正在逐漸滲透到人們的工作和生活中，目前，虛擬現實已經應用于醫療、教育、新聞、家裝、旅游、計算機、體育、購物、影視、娛樂等各行各業。虛擬現實的應用主要可以分為兩大類，一是行業應用類，主要包括工業、醫療、教育、軍事、電子商務等;二是大眾應用類，主要涉及游戲、直播、影視、社交等。

游戲作為虛擬現實技術的一個重要分支，沉浸式VR游戲帶給用戶的游戲逼真度和沉浸感越來越強。2016年7月初，由任天堂、Pokemon公司、Niantic公司合作推出的基于增強現實與LBS技術的手游（Pokemon Go）僅上線一天時間就榮登免費手機應用下載的首位，眾多玩者為之瘋狂，并多次引發游戲服務器發生崩潰。

1 技術原理

虛擬現實又稱靈境技術，是以沉浸性、交互性和多感知性為基本特征的計算機高級人機界面。綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術，并行處理技術和多傳感器技術，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創建了一種適人化的多維信息空間。

VR頭顯主要通過以下方面使用戶沉浸于虛擬世界中：第一，通過凸透鏡來擴大使用者的視野，使其能接受到更大的即時圖像范圍，且用戶幾乎不會被外界影像干擾;第二，通過固定在頭部的螺旋儀，感知使用者頭部的運動，并將信息處理并交由圖像生成軟件，從而使呈現的人眼前的三維圖像能以很高的頻率實時更新，給與使用者更為真實的視覺感受，讓人沉浸其中;第三，通過呈現給人左右眼不同的圖像，讓使用者獲得跟為真實的立體感，使虛擬環境中的三維效果更為突出。

2 技術分支

虛擬現實系統的典型組成包括：虛擬世界生成設備、感知設備（生成多通道刺激信號的設備）、跟蹤設備（檢測人在虛擬世界中的位置和朝向）和人機交互設備。VR游戲，主要通過頭戴式或頭盔式顯示器進行游戲的交互控制和顯示，其主要技術分支主要在以下幾個方面：

（1）交互技術，通過各種傳感器或攝像機對用戶進行捕捉或識別，進而控制頭戴式顯示器的游戲畫面的切換和顯示，比如隨著頭部的轉動，游戲畫面也進行相應的切換顯示等;

（2）安全技術，避免玩家在游戲過程中和實際場景物體發生碰撞。當玩家通過頭戴不透明設備在現實空間進行VR游戲時，必須保證玩家的安全，在實現時，通常需要檢測拍攝范圍內物體的位置，確定玩家的活動范圍，確定玩家在執行肢體動作時，物體是否在玩家的活動范圍內，如果在活動范圍內可能發生碰撞時，則需要發出提示消息;或者，也可以將檢測到的現實中的障礙物，置換為虛擬對象物，并將虛擬對象物在頭戴設備所顯示的虛擬空間內合成于與障礙物的位置相對應的位置;

（3）其他增強游戲沉浸感的技術，包括各種游戲反饋機制以及各種情景模擬技術等。主要通過震動反饋等傳感器反饋技術，增強游戲的逼真感。

在現階段，VR游戲存在一些因技術導致的問題，其所導致的VR游戲的不適性主要表現在以下幾個方面：設備性能不足;舒適度較差;交互性不足;游戲內容少。

索尼于2015年提出CN107427722A，用于在用戶戴著頭戴式裝置時管理所述用戶的暈動病的方法、系統和計算機程序。在用戶戴著正呈現具有多媒體內容的虛擬實境的所述HMD時監測所述用戶的物理特性的操作。當用戶正經歷暈動病時，向所述用戶遞送補充聲音，其中所述補充聲音與來自所述多媒體內容的聲音組合以遞送給所述用戶，并且補充聲音被界定以減少所述用戶所經歷的所述暈動病。

歌爾科技在2017年提出CN108126341A，虛擬現實平臺的座椅包括VR頭顯設備和VR座椅運動平臺。現有的VR座椅運動平臺，同一款游戲只對應一組控制參數，游戲運動數據通過線性轉換的方式輸出給運動平臺產生運動。該方法根據當前用戶的身體參數，在預先建立的知識數據庫中確定虛擬現實平臺的座椅的初始運動參數及各運動參數對應的增益系數，知識數據庫中存儲用戶身體參數、虛擬現實平臺的運動參數、各動態生理參數安全閾值的對應關系;在虛擬現實平臺按照初始運動參數運動的過程中，實時獲取用戶的動態生理參數數據;根據動態生理參數數據、動態生理參數安全閾值及各增益系數實時調整座椅的運動參數與用戶的畫面視野參數。實現針對不同年齡段、不同身體狀況的用戶，在虛擬現實平臺體驗過程中自適應調整運動幅度，優化用戶的體驗效果，對于低強度用戶，不會有眩暈惡心等不舒適體感，而高強度的用戶能獲得極致效果帶來的快樂，從而提升用戶的體感體驗，提高用戶留存度。

深圳奇境森林科技于2017年提出CN108096834A，包括（1）規劃運動路徑;（2）創建自身參考系;（3）內容互動;（4）圖像處理優化。軟硬結合，通過硬件的動感適配和軟件內容的技術優化，基本可以消除體驗者在體驗虛擬現實內容時產生的眩暈感。結合游戲內容細化、體感設備調試、圖像處理技術綜合運用，能適配不同游戲內容，使用過程中僅需針對內容本身特質進行參數微調即可。

小米科技于2017年提出CN106267820A，包括：根據預設場景參數，確定虛擬現實游戲的多個游戲場景;其中，所述預設場景參數為不同參數值引起交互者產生不同眩暈程度的場景參數，所述虛擬現實游戲的不同游戲場景引起交互者產生眩暈感的難易程度不同;根據用戶的頭暈等級，生成所述虛擬現實游戲的所述多個游戲場景中的第一游戲場景，所述頭暈等級用于指示所述用戶進行虛擬現實交互時產生眩暈感的難易程度。本方法使得不同頭暈等級的用戶在與同一虛擬現實游戲進行虛擬現實交互時，都能夠獲得好的交互體驗。

3 總結

從1962年出現第一臺虛擬現實設備，之后很長一段時間，虛擬現實技術進程緩慢，從2015年起，虛擬現實游戲的專利申請呈現爆發式增長，在虛擬現實技術發展一片大好的形勢下，很多人也表示了對虛擬現實技術的擔憂：一是虛擬現實設備價格昂貴，讓許多消費者望而卻步;二是虛擬現實設備對身體的傷害，如沉重的頭盔裝置帶來脊椎負擔，360度的全景式展現加重了暈動癥;三是虛擬現實設備呈現的內容需要把關。大部分廠商現階段在VR設備方面專利布局較多，然而在VR游戲內容方面創新較少，VR游戲同質化嚴重，缺乏創新。雖然如此，虛擬現實技術的快速發展還是在加速推進虛擬場景和真實場景的相互融合，不久的未來，更加健康、更加輕便、更有沉浸感的虛擬現實設備將會成為人們生活的一個重要組成部分。

參考文獻

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