計算機技術提高虛擬現實技術應用效果分析

劉 陽

（哈爾濱職業技術學院 黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引言

隨著我國信息技術的高速發展，云計算、大數據以及虛擬現實技術的興起在一定程度上推動我國社會經濟發展，為我國人民群眾日常生活帶來諸多便利。虛擬現實技術在我國各個領域的應用不僅有效提高企業經濟效益，還能夠減少人為失誤對技術研發造成的影響。為了進一步解決虛擬現實技術在實際應用中存在的現實問題，需要加強計算機技術在虛擬現實技術中的應用力度。

1 虛擬現實技術特點

虛擬現實技術主要依托于計算機仿真以及網絡并行處理技術為有關人員開展相關工作提供決策支持。虛擬現實技術具有以下三大特點：

1.1 構想性特點

依托虛擬現實系統能夠幫助使用者在虛擬現實環境中從多個維度看待事物或者現實世界。作為虛擬現實技術的關鍵特點，構想性還體現在安全管理以及運維方面。以施工企業為例，由于建筑工程施工會受到技術變更、環境因素影響，因此各項施工環節開展需要管理人員從多個維度進行綜合考量。利用虛擬現實技術能夠根據現有施工數據信息構建結構模型，幫助技術人員測試在不同施工技術以及施工環境下建筑工程整體結構受力情況并構建有限元云圖，進而幫助技術人員找到最佳施工策略[1]。

1.2 交互性特點

交互性最為應用虛擬現實技術的直接體現，通過虛擬現實技術能夠幫助使用者構建虛擬環境，并通過向計算機系統輸入指令的方式做好相關配置。此時技術人員要想實施控制虛擬環境中的某一對象，則可利用肢體動作、語言動作及眼神動作對其靈活操控[2]。而虛擬現實設備中的運動傳感器、聲音傳感器以及動捕系統則會根據使用者行為變換實時傳輸相關數據，最終實現對虛擬場景對象的有效控制。

1.3 沉浸性特點

沉浸性特點體現在使用者需要通過佩戴虛擬現實裝備的方式與虛擬世界構建信息交流渠道。此時使用者的聽覺和視覺都會轉移到虛擬場景中，暫時切斷與外界的聯系。正因為虛擬現實技術能夠為使用者帶來沉浸性的體驗，才能夠引導使用者依托虛擬環境在現實生活中作出相關動作。幫助使用者觀察以及預測現實生活中某些決策落實后可能會出現的場景[3]。

2 計算機技術與虛擬現實技術的關系

虛擬現實技術本質上是計算機技術的一個分支，虛擬現實技術能夠為人們構建虛擬世界，通過對現實生活中各類事物模擬的方式有效減少企業技術研發或者新技術投入應用時潛在的風險。計算機技術在虛擬現實技術發展中具有十分重要的意義，能夠有效推動虛擬現實技術高速發展[4]。例如通過優化算法的方式能夠進一步增強模擬對象的仿真性，進而形成三維動態實體。隨著我國未來社會經濟的發展，各行各業都需加強針對計算機技術與虛擬現實技術的應用力度。依托虛擬現實技術內在特質不斷利用計算機技術發揮虛擬現實的真正作用[5]。

3 計算機技術在虛擬現實技術中的應用

虛擬現實技術在我國各個領域中都有直觀體現，例如面部識別、建模、技術研發等等。依托計算機技術能夠進一步發揮虛擬現實技術的優勢，滿足多元化需求，最終確保虛擬現實模型能夠獲得更佳的視覺表現[6]。

3.1 三維人臉重建算法

3.1.1 三維人臉重建算法概述

三維人臉重建算法在電子游戲領域應用較為廣泛。在實際工作中，倘若技術開發團隊3D美術人員一直沿用傳統方式繪制三維人臉模型將會嚴重影響游戲開發進度。而基于圖像的三維人臉重建算法的應用能夠幫助技術人員從單個視角拍攝的圖片信息中提取數據并整合構建三維人臉圖形網格，最終實現快速匹配人臉三維模型[7]。

當前我國關于三維人臉算法的相關技術主要分為混合形變以及基于體積回歸這兩種。混合形變是指通過人工采集數據的方式制作人臉三維數據，以加權混合并構建神經網絡預測模型的方式匹配照片人臉最優權值組合。混合形變技術應用效果主要依賴三維人臉數據庫，倘若數據庫中數據豐富則會得到較好的預期效果，但這種算法的時間復雜度較高。

體積回歸方法的應用需要技術人員根據人臉所在三維空間組成基于體素的三維網格，并且還需建立由照片到三維網格的映射，通過這種方式判斷三維網格體素是否處于人臉模型體積內。最后技術人員需要對人臉模型體系內所有的體素進行渲染。雖然通過這種方法能夠確保人臉模型形狀細節的精細度較高，但由于頭部不穩定，并且神經網絡訓練成本較高，因此導致該技術應用并不常見[8]。

隨著我國信息技術的高速發展，新時代下需要研發一款對于訓練數據量要求較低，并且時間復雜度較低的三維人臉重建算法，以此充分發揮信息技術與虛擬現實技術的工業價值[9]。

3.1.2 三維人臉重建算法的實現

3.1.2.1 人臉對齊

在人臉照片拍攝過程中，由于受到技術、角度等影響導致人臉照片頭部位置可能存在偏差。為了確保人臉特征點能夠匹配模型，需要技術人員通過旋轉的方式將三維人臉模型轉動到與人臉相同的位置。將人臉模型的特征點投影到相機平面，最終計算特征點的距離。

技術人員需要通過相機投影變換的方式求得人臉的章動角、旋進角以及自轉角。同時還需結合相機中各個像素點對應的世界坐標同人臉空間坐標、人臉坐標在世界空間坐標的變換矩陣以及人臉旋轉和位移數據建立方程式。為了確保最終數據結果不會受到誤差（人臉姿態）的影響，技術人員還需利用最小二乘法解決人臉姿態問題。此外，由于在捕捉人臉特征點過程中，特征點位置會隨著人臉表情變化而變化，為了確保人臉姿態不會受到面部表情影響，還需選擇與面部表情無關的特征點開展姿態估計[10]。

3.1.2.2 人臉混合形變參數回歸

由于人臉臉頰部分較為光滑，在重建人臉外輪廓細節過程中常常因為需要在周邊布置大量關節導致模型參數過于稠密。因此技術人員需要在原有技術應用的基礎上附加組合形變模型組。

在實際工作中，技術人員首先需要通過參數回歸的方式得到人臉骨骼形變模型，隨后對其進行蒙皮更新。此時技術人員需要在模型綁定狀態下根據局部坐標計算模型空間坐標，并調整人物臉部模型以及五官比例。由于該環節涉及的形變模型數量較小，因此技術人員可通過黃金分割的方式搜索每個形變參數的權值，最終實現對人臉臉部輪廓細節的優化。

3.1.2.3 人臉紋理生成

在對人臉模型網絡進行三維重建后，為了進一步匹配照片中人臉形象，需要結合實際情況選擇人臉紋理生成技術。以正交投影人臉紋理生成技術為例，該技術的應用原理在于從照片中分割出人臉區域，將該區域映射到指定區域中并做模糊處理。最終通過改變模型初始紋理映射的方式準確生成三維人臉模型[11]。

圖1為判斷點是否處于多邊形內的方法示意圖。由于在實際工作中需要技術人員靈活分割照片人臉區域，因此需要事先生成蒙版圖，該蒙版圖是由多個A點組成的多邊形，技術人員需要通過如下公式判斷人臉像素是否處于多邊形范圍內：

圖1 像素判斷示意圖

其中，A點代表多邊形邊框的各個節點，P點代表人臉像素位置，C點代表人臉平均顏色的RGB值。

通過對所有人臉像素判斷是否處于人臉特征點的方式最終得到一個關于人臉結構的蒙版圖，技術人員需要對其進行高斯模糊處理。為了進一步確保高斯模糊后不會因色差問題影響整體質量，還需要技術人員對其進行色調調整。

本節著重分析關于計算機技術在優化三維人臉重建方法領域中的策略，通過展示人臉對齊、人臉特征點檢測以及紋理生成的方式體現出依托計算機技術在虛擬現實環境中提高計算機圖像精細程度的能力。幫助技術人員在額定設計時間下更加便捷地提高虛擬環境中人臉圖像質量，確保電子游戲中虛擬現實環境能夠具備較強的真實性。

3.2 球面紋理映射

3.2.1 球面紋理映射概述

計算機技術在虛擬現實技術中的應用還體現在三維物體表面細節處理領域中。無論是廣告的設計還是動畫片的制作，為了確保真實度，需要技術人員加強對于三維物體表面紋理的捕捉。在實際工作中，球面作為三維圖形設計最廣泛的中界面能夠展示出日常生活各類物體。但由于球面映射會導致球面紋理在坐標系中相鄰的點映射到球面后面導致重疊現象發生，出現紋理變形。為了解決球面紋理映射出現紋理變形的現實困境，需要依托映射適應卷積理論，利用計算機技術解決混疊現象。

3.2.2 抗混疊算法

為了解決球面紋理存在的混疊現象，需要技術人員首先對球面進行標準柵格化處理，并對柵格化處理后的每一個節點進行逆映射，以此找到節點混疊后的位置。

其次技術人員需要計算球面所有平面點的形變高斯核范圍，并為球面設定正方形區域。將該正方形區域中心放置在原點處，以柵格化節點的逆映射為中心，計算最小外接正方形，該正方形即為球面紋理平面點的高斯平均權重范圍。

再次，技術人員需要通過半球面紋理映射的雅可比矯正高斯核區域，并在外接正方形的中心構建標準柵格。此時技術人員需要對球面的任意采樣點進行映射處理獲得映射值，并將映射值與雅可比的絕對值做除法即可得到球面節點的離散型變核。

最后，技術人員需要在原始圖像中利用映射適應性卷積進行插值，并在以柵格化節點的逆映射為中心的外接正方形中計算高斯形變核，得到映射適應卷積結果。針對每項映射適應卷積結果，都需要選擇合適的插值方法進行重采樣，并將有關數據填充至模擬平面中，以此解決球面紋理存在的混疊現象。

本節重點探究計算機技術在球面模型紋理處理領域中如何解決球面紋理的混疊現象，有效提高了球面三維模型紋理的細節以及真實感，最終有利于我國動畫制作、廣告設計領域朝著科學化和智能化方向發展。

3.3 虛擬現實聲場渲染技術

3.3.1 虛擬現實聲場渲染技術概述

使用者佩戴虛擬現實設備完成交互動作過程中，為了進一步提高使用感受，不僅需要技術人員實現視覺、聽覺甚至觸覺的深度融合，還需要解決虛擬現實聲場空間化的問題，確保能夠為使用者帶來高質量的沉浸感。當前我國虛擬現實聲場渲染技術需要面臨聽覺效果不佳以及時間復雜度過大的現象，并且虛擬現實場景與現實場景在聲音感知方面也存在較大差異。為了解決虛擬現實聲場問題，本節基于計算機技術提出了一種基于視聽雙模定位的聲源增強模型，提高用戶主觀聽覺體驗。

3.3.2 視聽雙模定位聲源增強模型

使用者佩戴虛擬現實設備過程中，對聲音強度的判斷主要通過感知自身與聲音源之間的距離判斷位置。當使用者同時利用視覺和聽覺進行雙模定位，那么使用者接收到的視覺信息一定程度上還會引導聽覺定位，幫助使用者同時獲得視覺與聽覺的刺激，最終減少對視覺刺激的依賴，提高整體沉浸感。

技術人員可將使用者聽覺定位誤差設為λ，將σ2A設為聽覺信息的定位方差，將σ2Y設為視覺信息的定位方差，將εY以及εA分別設為視覺和聽覺的相對權重，最終構建視聽雙模定位聲源增強模型：

基于本模型，技術人員構建特定虛擬場景并通過增加聲音源聲音強度的方式判斷使用者對聲源的定位情況，最終對虛擬聲場進行渲染。如圖2所示，聲源增強模型渲染后使用者聽覺體驗更佳。

圖2 聽覺評估效果

4 結語

綜上所述，計算機技術與虛擬現實技術有著密不可分的聯系。虛擬現實技術能夠幫助技術人員從多個維度確保設計決策的有效落實，計算機技術能夠進一步優化各類算法的時間復雜度，提高工作效率。新時代下，為了進一步發揮計算機技術在虛擬現實技術應用領域中的作用，需要技術人員、企業管理者提高重視程度。