虛擬現實操作系統的應用研究

田建勇 江興銘 馮靖洪

摘要：隨著大數據、人工智能、網絡技術以及硬件技術的快速發展，不管是國內還是國外都在進一步的大力發展虛擬現實技術。這也是如今的虛擬現實相關技術能夠有開拓性發展的重要因素之一，同時也使得“虛”與“實”的交互模式越來越向著良性的方向發展。再其次就是虛擬現實系統技術的發展滲透到了各大領域，例如VR、AR、MR等技術已經逐步走進了人們的生活，在旅游、醫療、化工、軍事、航天等領域持續發力，成了推動信息消費的一個重要支點。

關鍵詞：虛擬現實;虛擬現實操作系統;虛擬圈

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）19-0217-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 虛擬現實操作系統簡介

虛擬現實操作系統以下簡稱虛擬現實系統，由其名字就能知道，是現實與虛擬產生的一種交互模式的結合。由于最近幾年的網絡技術，大數據技術，電子等相關方面的技術的突破性發展，從而才推動了現在的虛擬現實操作系統技術的發展，這也是使得虛擬現實技術從單維度的虛擬到多維度的現實物質的虛擬，這一步的跨越讓人們對于虛擬世界的“現實”有了新的體驗和五官感知。簡單一點說虛擬現實操作系統技術就是建立在計算機仿真系統技術上的，它通過增加各種技術來完成虛擬現實系統對于現實世界的盡可能相對的多維度的模擬，要達到這一步則需要多方面技術的協同發展。其次是虛擬現實系統對于所模擬出來的虛擬環境必須要有能夠吸引人群的亮點，否則就會導致這一技術出現斷層和停滯狀態的發展趨勢，這也是為什么虛擬現實在近幾年才有了建設性的發展的原因之一。

如今虛擬現實系統這一技術得到了越來越多人的關注與認可，而認可度和關注度的提升，有很大一部分是因為虛擬現實系統技術中所使用的數據來源于現實生活之中。這些數據通過網絡技術產生電子信號，然后集合各種輸出設備顯示出來，從而讓人們能夠相對真實地感受到虛擬現實系統所虛擬的現實模擬環境。而從模擬環境中感知的虛擬現象可以是我們現實世界中實實在在的可以觸摸的物體，也可以是肉眼無法看到的物質，但是都以三維的模式表現在虛擬的模擬環境中。這就是虛擬現實系統技術現在所呈現出來的狀態。

2 研究方法

（1）探索性研究法

探索性研究法是用已知的信息知識來探索和創造新的知識，從而得出新穎而獨特的成果或產品。在本文中首先對已有的技術進行了簡單的介紹，然后在這個基礎上對以后的發展及研究方向做了探索性的闡述和導向。例如文中提到的實時性的虛擬出“現實”的環境以及應用到學生的虛擬手術實驗等都是應用到了探索性研究法。

（2）思維方法

思維方法是人們正確進行思維和準確表達思想的重要工具，它對于一切科學性的學術研究都具有普遍的指導意義。在本文中對于思維方法的應用，主要在于闡述虛擬現實操作系統的特征分類以及基本的發展架構。其次在發展的局限上的推理和預見性地提出的建議也相對來說運用了本方法。

3 虛擬現實操作系統的發展概況及研究目的

短短幾年來，中國的硬件制造，網絡技術，大數據等各大領域的高速發展。使國內的虛擬現實系統技術到了跨域式的一步發展，儼然已經呈現出領先的趨勢。在各大市場上，我國的虛擬現實產業的認可度以及所具備的潛力都是排在世界的前列。但是在各個領域的普及程度上還是出現比較偏低的狀態，市場消費經濟也還有所不足。但是這需要后續的各方面的發展所支持。

目前虛擬現實操作系統的創新的研究出現了許多有礙于發展的問題，所以在本文中從客觀世界的大環境出發對未來的發展走向作了淺顯的闡述。

4 分類及特征

（1）分類

虛擬現實操作系統由于涉及的學科廣泛，可應用的領域也廣泛，所以在目前并沒有官方性的明確的完整分類。所以在一般意義上進行分類的方式就是按照應用需求、研究對象以及目標來進行決定。當不同的人在進行不同的研究時可能會有不同的分類方式，但是就虛擬操作系統的本身而言，不管從什么角度去分類都不會改變其最初的本質。

（2）特征

笪曼昊（2019）[1]在《虛擬現實技術的應用研究》中提到其特征具有：沉浸性、交互性、多感知性、構想性、自主性五種特征。

5 關鍵技術介紹

虛擬現實系統是一種包含了很多方面技術的技術，為了實現虛擬到現實的模擬，其涉及的大多數技術都還處于需要進一步發展的階段。因為現在的技術依然很難實現理想上的虛擬到現實的模擬。

（1）虛擬現實系統應用開發工具技術

正所謂工欲善其事必先利其器，說的一點不錯。如果沒有一個較好虛擬現實系統應用的開發工具，那么虛擬現實系統的擴展性和穩定性將會出現很多問題。而這一項技術的成功發展則相當于是為虛擬現實系統提供了可持續發展的動力，只有動力足夠了，虛擬現實系統的衍生發展以及自身的升級才有持續的可行性。場景和對象是虛擬現實系統應用的關鍵點，如果可以在開發不同的場景和對象時選擇不同的工具技術進行開發，可以有效地提高虛擬現實系統應用的開發效率和開發的質量。

（2）虛擬現實系統集成技術

該項技術的最大作用就是相當于一個管理者，因為虛擬現實系統涉及很多方面的技術和大量的輸入輸出設備，而在構成一個完整的虛擬現實的應用場景則需要將所有涉及的技術和設備整合到一個虛擬圈中并且使其在虛擬圈中能夠各行其是，這就需要虛擬現實的系統的集成技術進行虛擬場景的有效化。其次是在于數據管理模型、虛擬的識別與合成技術及預見性等也需要建立在該項技術之上。

（3）動態虛擬環境建模技術

虛擬現實系統的動態性虛擬建模技術是虛擬現實系統進行虛擬模擬的核心之一。其主要作用就是讀取現實世界環境的三維數據，然后根據相應的應用環境實現相應的實時虛擬現實的虛擬模擬環境。這一項技術需要建立在三維圖形生成技術、立體顯示和傳感技術之上。只有虛擬現實系統動態的創建出虛擬的模擬場景，才可以提升使用者的感知體驗。友好的交互模式即是該項技術發展的目的。

（4）實時三維圖形生成技術

目前世界上對于三維技術的發展已經處于一定的成熟狀態，但難的是能實時地生成相應的虛擬環境的應用場景，這是一大難點。另一個難點是要在實時生成的虛擬場景中讓體驗者具備理想上的相對全面的自我感知效果，本難點的困難在于如何將人的表面感知與內在感知連接到虛擬的環境中。以上兩個難點的實現，虛擬現實系統技術將會得到飛躍似的發展，而虛擬現實技術也將會達到真正意義上的“虛擬現實”，至少也會發展到人為的感知系統無法輕易地去感知出來。

（5）立體顯示和傳感器技術

這兩種技術需要建立在三維技術的基礎之上。立體顯示技術是虛擬現實系統的輸出設備也是與人交互的人口;傳感器技術則是用來維持虛擬、現實和使用者之間的良好交互，即虛擬與虛擬和虛擬與現實之間的交互。這一系列的交互行為都需要依賴以上兩種技術的有效發展。但就現在而言，世界上對于以上兩種技術的發展還遠遠不夠。再有就是力學感知設備和光學感知設備也還需要更進一步更新和發展，虛擬現實系統的定位精度范圍也需要進一步提高。

6 技術應用

（1）醫療領域

虛擬現實的操作系統技術在醫療領域的應用有著十分重要的作用，例如醫療實驗、內外科手術實驗、臨床實驗等。在國內就出現了成功的首例遠程肝膽外科手術（深圳市人民醫院首例運用5GAR與MR兩種技術相結合成功完成），這也是對虛擬現實技術的發展的有益嘗試。虛擬現實操作系統還可以在虛擬現實的空間中模擬出入體標本，包括人體組織、器官等，然后讓學生進行模擬其實際應用操作，這樣就能夠使學生更快的有效地掌握要領。但是就目前在該領域的發展還是起步狀態，實現的應用也較為單一。這其中包括醫療器械以及電子感知技術等都還需要更進一步的發展才有可能實現，所以這一領域在未來的發展依然有巨大的前景。

（2）娛樂與展示領域

虛擬現實系統技術在娛樂市場中的應用影響力也是巨大的，因為它能夠提升使用者的興趣與感知（例如中國天眼、影院、游戲等）。其實展示和娛樂這兩個領域并無明確界限，但又有所不同，展示的側重不在于娛樂，重在體驗，由于材料之間的發展技術還存在相對的落后，這一領域也有相當大的發展前景。

（3）應用軍事領域

虛擬現實系統的虛擬模擬環境的立體維度與真實性這一性能，在軍事上也有著重大的作用。由于其真切的感知，可以將不同的地域立體地展現出來，然后在其中進行不同規模上的軍事演習，這樣對于實際的軍事演習有著十分重要的作用。其次是核武器的實驗，也可以在虛擬現實的模擬空間中進行試驗，減少武器對自然和環境的毀壞。但是這需要涉及多種交叉反映技術，所以同樣還存在很多的技術上的不足，未來依然有很大的發展需要。

（4）航天航空領域

從最初的航天航空技術發展到現在，每一項工程都需要消耗大量的經費。而且航天航空這一項科技技術的涉及領域廣，工程浩大且十分煩瑣。如果航天航空的科學家們可以利用虛擬現實系統技術進行虛擬環境的模擬，將會減少許多不必要的工程環節，同時也降低了危險性和經費開銷。譬如在虛擬現實系統的虛擬模擬環境中進行航天飛行器與飛行環境的模擬，可以讓飛行人員在這個虛擬的現實環境中進行相應的實驗操作和飛行訓練，這樣就可以大幅度的降低實驗的危險性和經費開銷。再如空間站的維護也同樣有著巨大的實際操作難度，但是使用虛擬現實系統技術就可以大大地降低危險和成本。

7 發展局限

就當今對于虛擬現實系統技術的發展，總體上還是處于一種“泛化”狀態，和真正的虛擬現實技術還有不小的差距，更是沒有達到虛擬與現實的友好交互及實時回應感知。但是對于推進全球的虛擬現實各個領域技術的發展是有著不小的作用。放眼未來，虛擬現實系統這一項技術仍然有很大的發展空間，但是在這一項技術的高速發展過程中同時也顯現出了一系列的問題。譬如虛擬現實系統技術生產的一系列產品的大眾化這一條件，就目前而言還不現實，因為目前這一系列的產品消費還停留在較高或者更高的經濟消費水平，無法滿足相對大眾的消費承受;其次是生產這一系列的產品在經濟利益回收上也不是很穩定;最后則是技術方面問題，虛擬現實系統技術生產的產品在和其他的產品進行交互聯系時出現不能夠完全的銜接使用問題，以及如何突破虛擬現實系統這一領域的技術產品商業經濟化，也是一個巨大的難題。但是相信隨著科學技術不斷創新的腳步，相信未來的虛擬現實操作系統技術一定有著巨大的發展空間等著我們去開發。

參考文獻：

[1]笪曼昊，虛擬現實技術的應用研究[J].電腦迷，2019.01（01）.

【通聯編輯：聞翔軍】

基金項目：貴州省2018年大學生創新創業訓練計劃項目（2018520970）

作者簡介：田建勇（1976-），男，貴州松桃人，副教授，研究方向為軟件工程;江興銘（1998-），男，貴州叢江人，在讀碩士，研究方向為數據科學與大數據技術;馮靖洪（1994-），男，貴州沿河人，在讀碩士，研究方向為數據科學與大數據技術。