VR技術特點分析研究

陜彬

【摘要】在科技迅速發展過程中，VR技術也在不斷完善，VR技術包含了多媒體技術、互聯網技術等多種技術，其屬于綜合型信息技術。將其應用到教學中，可通過營造良好教學情境，激發學生學習積極性，進而提升課堂教學效率及教學效果。詳細解析VR技術的特點將此技術應用到教學中，可推動教學方式、教學模式的創新，這對推動我國教育行業穩定發展、培養專業人才具有重要意義。本文就VR技術的特點展開敘述。分析了VR技術及特點，研究了VR系統關鍵技術。

【關鍵詞】VR技術;特點;分析

1 VR技術及特點

1.1VR技術

VR技術屬于綜合型技術，其主要包含了計算機技術、仿真技術、信息網絡技術、傳感技術等技術，其可利用計算機為用戶營造良好的虛擬空間，使用戶可在此空間中實現交互，進而獲得各種信息。使用者在移動位置時，計算機也將通過計算，利用3D技術為用戶營造與真實相同的虛擬空間。其主要涉及到的開發技術為：VRML、XML、X3D等技術。

圖一 VR系統開發技術

1.2VR技術特征

VR技術的特點主要為沉浸性、交互性、想象性這幾種。正是由于VR技術具有以上特點，將給用戶一種真實感，并且與虛擬世界進行交互操作。

1.2.1沉浸性特征

其也可稱為侵入性，主要包含虛擬技術為用戶提供的視聽覺感受、運動感受等感受方面的入侵。完全沉浸感指的是用戶在進入虛擬環境當中后，將被虛擬環境包圍，并且未設置屏幕框，真實世界也不會對用戶造成影響，采用此種體驗方式用戶就如完全位于虛擬環境中。此外，采用此種體驗方式，用戶可獲得虛擬環境的視覺、聽覺等多方面感受，并且獲得一種真實的感受。若用戶沉浸在虛擬環境當中，其并不能區分虛擬環境中事物的真假。

1.2.2交互性特征

交互性特征指的是用戶利用相應設施，使用戶在虛擬空間中進行感受，并且可觀察、控制虛擬世界中的事件。計算機與相關設施可通過獲取用戶的操作行為，反應用戶的控制行為并及時進行反饋，如此用戶可及時獲取相關操作將形成的成果。與傳統計算機操作方式不同，VR技術交互方式更為自然，相關設備可識別用戶抓取、移動等動作，這種交互方式可使用戶成為整個虛擬活動的參與者，可提升用戶體驗。

1.2.3想象性特征

正是由于VR技術具有想象性這一特征，虛擬世界變得更為生動、豐富，不論是宇宙還是微塵，在虛擬空間中均可充分展現在用戶眼前。虛擬環境是由人們依據真實世界虛擬、創造出的虛擬世界。VR技術的想象性特征使得其不僅可營造與現實世界相似的虛擬環境，還可營造現實世界不存在的事物或環境;同時還可模擬、仿造真實世界中存在的事物，也可營造由人想象出的事物。

2 VR技術關鍵技術

由上文可知，VR技術屬于綜合型技術，其主要包含了實時三維計算機圖形技術、立體顯示技術、跟蹤技術、立體聲、網絡傳輸等技術。下文將對這些技術進行簡要探析。

2.1實時三維計算機圖形

與其他技術相比，通過計算機模型可形成相應圖形及圖像。若設置有準確的模型，通過一段時間的設計及轉化，可形成不同物體的圖像，但是VR技術要求的是實時形成相應圖像，比如：飛行模擬系統當中，圖像更新速度對用戶體驗具有重要影響。此外，VR技術對圖像質量要求也較高，由于需在虛擬環境中實時形成相應圖像，如此將增加圖像形成難度。

2.2顯示

由于人的兩只眼睛位于不同位置，其在觀察世界時，將獲得不同圖像，并在大腦中將獲取的圖像整合起來，從而形成人對于周圍世界的體驗及感受，其中包含了事物與人的距離等信息。同時，可通過物體大小對比、眼睛焦距等方式獲取人與事物距離信息。

VR系統當中，人體眼睛視覺系統具有重要作用。由于用戶眼睛看到的圖像并不是同時看到的，因此其可展現在不同顯示器中。部分VR系統選用的是單個顯示器，用戶在佩戴相應設備后，其中一只眼睛可觀察到奇數偵圖像，而另一只眼睛則可觀察偶數幀圖像，正是由于兩只眼睛觀察到的圖像偵不同，可形成一種立體感。

用戶跟蹤：在虛擬世界中，所有物體均有其與系統相符的特定坐標及姿態，用戶在系統中也具有其坐標。在虛擬環境中，用戶觀察到的景象是通過用戶位置及用戶頭部位置、方向確定的。

跟蹤用戶頭部運動的虛擬現實頭套：傳統計算機圖形技術當中，用戶需利用鼠標或鍵盤改變用戶視角與視場，此方式中用戶視覺與運動感知并不相同。而VR系統中，通過頭部跟蹤方式轉變用戶視角與視場，如此可確保用戶視覺系統與運動感知相結合，給用于一種真實的感覺。此外，在VR系統中，用戶不僅可利用眼睛感受、了解環境，還可通過頭部運動了解周圍環境。

現階段，普通計算機用戶仍使用鍵盤與鼠標完成人、計算機交互操作。三維空間當中，使用鍵盤、鼠標這些方式并不合適。整個三維空間當中具有6個自由度，并不能有效使用鼠標或鍵盤反應三維空間的運動。現階段，3Space數字化儀等多個設備可提供6個自由度。此外，數據手套、數據衣的性能也較好。

2.3聲音

人們可依據聲音確定其聲源方向。在水平方向方面，人們可依據聲音強度、相位差，分析聲音傳來的方向（聲音傳到人兩只耳朵的時間與距離并不相同）。立體聲就是依據人左右耳聽到聲音時間不同這一特點在不同位置錄制不同聲音形成的，其可給人方向感。在人轉動其頭部時，其聽到的聲音方向也將隨之變化。然而在VR系統當中，聲音方向并不能依據用戶頭部運動情況變化。

2.4感覺反饋

在整個VR系統當中，用戶可觀察到虛擬的事物。當用戶想用手觸摸時，并不能獲得與真實物體接觸的感覺，且用戶的手可能穿過虛擬事物，這種現象在真實世界中并不存在。為有效解決這一問題，提升用戶體驗，可在手套內存設置振動觸點，為用戶模擬觸摸真實物體的感覺。

2.5語音

在整個VR系統當中，語音輸出對用戶體驗具有重要影響。因此，為提升用戶體驗，需保證虛擬環境可聽懂用戶的指令，并與用戶進行實時交互。計算機并不能識別用戶語言，其主要原因是：用于語音信號與自然語言信號較為復雜，比如：用戶語音中并未有停頓，且相同詞語的發音并不相同，不同用戶語音不同，且相同用戶在不同環境中語音也存在一定差異。

在語音輸出方面存在以下問題：第一，效率。為保證計算機可理解用戶語言，則用戶需輸入較為啰嗦、簡單的語言;第二，正確性。計算機理解語言時并不能如用戶一樣智能。

3 VR設備種類

我們可依據VR技術交互程度、沉浸性程度將氣劃分為以下幾種：

3.1桌面式虛擬現實系統

計算機顯示器將作為虛擬環境的視覺窗口，利用計算機、鼠標、鍵盤、追蹤設備等將交互設備連接在一起，同時對相應數據信息進行傳輸，進而為用戶呈現較為真實的虛擬環境。研究發現“窗口虛擬現實系統”大多用于場景漫游環境當中。其也可被稱為“純軟件虛擬現實系統”，此類系統大多應用在高校或實驗室當中。由于桌面式虛擬現實系統具有多種優勢，因此其使用范圍較廣。

3.2沉浸式虛擬現實系統

在使用此VR系統時，相關設備將阻隔用戶與真實世界。在使用過程中，用戶需佩戴頭部式顯示器、交互設備（大多為數據手套），進行交互式操作。在此系統中，相關設備將用戶的感官體驗轉移到虛擬環境當中。在整個虛擬環境中，可使用控制輸入設備保證用戶與虛擬環境之間的交互，進而使虛擬環境發生反應。通常情況下，沉浸式設備梯形比較大，造價成本較高，因此其并未在我國得到廣泛應用。

3.3增強式虛擬現實系統

在增強式虛擬現實系統中，可向用戶展示真實世界與虛擬世界。用戶在使用過程中，并不要求其感知的全部環境均為虛擬環境，系統可模擬部分環境。用戶可在現實世界中進行相關操作，從而使虛擬世界發生相應變化。用戶可佩戴加強現實顯示的設備，如此可實時計算用戶位置信息并及時更新。此類設備不僅可保證用戶具有真實世界的感覺，也可模擬虛擬世界并將其展現給用戶，如此可減少計算機計算量，通過計算機計算、分析，人類可獲知超過自己數據分析能力的信息。

3.4網絡分布式虛擬現實系統

此項VR系統屬于以上幾種系統的綜合型系統。網絡分布式虛擬現實系統中使用的附加網絡技術，對虛擬環境的約束并不大。用戶可使用網絡技術與其他用戶實現交互，所有存在于虛擬環境中的用戶均可對虛擬環境、用戶進行操作，進而形成一定反應，如此可保證虛擬現實技術可依據項目復雜性進行多人合作。關于協同工作的研究則是VR技術的新研究重點，但是還不夠完善。其主要研究了VR技術中人與人之間的互動、人與及其之間的互動、人與場景之間的互動等技術問題。虛擬環境中的集體工作，可加強對問題的研究、分析，以保證問題可及時解決。分布式虛擬現實技術可無視空間位置的影響，確保位于不同地區的人可在同一虛擬場景中工作。

總結：VR技術屬于綜合信息技術，熟悉和掌握VR技術的特點，研究VR系統關鍵技術。可以將其應用到教學中，提升課堂教學效率及教學效果。可推動教學方式、教學模式的創新，這對推動我國教育行業穩定發展、培養專業人才具有重要意義。

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