虛擬現實技術在數字媒體交互中的應用

摘" 要：相比于傳統媒體技術，數字媒體采用更多的先進技術，是信息量大、操作體驗感好、支持用戶更多的主動操作。虛擬現實技術可以提供良好的體驗感、滿意度、實時性，對于數字媒體技術交互過程的改變具有重要的意義。該文首先從硬件角度分析基于虛擬現實技術的數字媒體交互采用的設備，包括計算機設備、頭盔、手套、手柄、運動捕捉、模擬駕駛和全息現實等。其次從軟件角度分析基于虛擬現實技術的數字媒體交互的設計流程和框架，包括虛擬現實軟件平臺、模擬和交互軟件、內容開發工具等軟件環境的支持等。性能測試實驗結果顯示，基于虛擬現實的數字媒體交互過程設計，最終用戶使用滿意度達到95%以上，實時性提高12%以上。

關鍵詞：虛擬現實；數字媒體；硬件設計；軟件設計；性能測試

中圖分類號：TP391.9" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）17-0169-04

Abstract： Compared with the traditional media technology， digital media adopts more advanced technology， which has a large amount of information， a good sense of operation experience， and supports users to operate more actively. Virtual reality technology can provide good sense of experience， satisfaction and real-time， which is of great significance for the change of the interaction process of digital media technology. In this paper， firstly， the devices used in digital media interaction based on virtual reality technology are analyzed from the perspective of hardware， including computer equipment， helmets， gloves， handles， motion capture， analog driving， holographic reality and so on. Secondly， this paper analyzes the design process and framework of digital media interaction based on virtual reality technology from the perspective of software， including the support of software environment such as virtual reality software platform， simulation and interaction software， content development tools and so on. Performance testing results show that the design of digital media interaction process based on virtual reality shows that the satisfaction of end users has reached more than 95%， and the real-time performance has been improved by more than 12%.

Keywords： virtual reality; digital media; hardware design; software design; performance testing

信息的表達、存儲、交互方式稱為媒體技術。隨著計算機技術革命的持續推進，人類進入數字信息時代，媒體技術也逐漸從傳統媒體過渡到數字媒體技術。數字技術對各種信息都進行了數字化變革，數字媒體也就形成了包括數字文本、數字音頻、數字圖像和數字視頻在內的多種類型數字信息在內的龐大信息資源庫。相比于傳統媒體，數字媒體中的各種數字信息資源，信息量更加龐大、存儲更加方便，可以多次重復利用。從訪問方式上看，數字媒體更加樂于接受人們的主動訪問，而不是向傳統媒體那樣將各類信息強制推銷給人們。這樣，人們就可以根據自己的興趣愛好、主動地選擇媒體資源進行訪問。可以說，數字媒體的特征本身和訪問方式的改變，極大地推動了數字媒體的發展。從目前的情況看，制約數字媒體技術進一步發展的主要問題，就是訪問者和媒體端口之間的交互問題。如何提升數字媒體交互過程中的體驗感和實時性，已經成為數字媒體技術未來發展的瓶頸問題。為此，本文借助虛擬現實技術，從軟件和硬件角度出發更好地打造數字媒體的交互過程。

1" 虛擬現實在數字媒體交互中應用的硬件設計

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）是一種通過計算機技術，模擬出一個虛擬的三維場景，并讓用戶可以通過特定的設備進行交互的技術。為了實現虛擬現實，需要使用特定的硬件設備，本文將對這些設備進行概述。也正是因為虛擬現實技術對交互過程的這種逼真模擬，才能讓用戶得到更多的真實體驗感，從而獲得更好的數字媒體技術使用好感。

虛擬現實是對交互過程的一種虛擬化，歸根結底離不開計算機，所以其最核心的設備依然是計算機。根據數字媒體技術的種類不同，其選擇的計算機型號也不同。如果是大型門戶網站一類的功能復雜的數字媒體交互，其使用的計算機應為服務器級別的高性能計算機。如果是可移動的小型數字媒體交互，則可以選擇ARM、DSP一類的以嵌入式處理器為核心單元的微型計算機。

除了計算機這種核心設備以外，虛擬現實技術必須要給數字媒體交互過程提供完整的、靈活的視覺展示功能，這里的典型設備為全息投影設備。全息投影設備是一種新型虛擬現實設備，其使用全息投影技術將虛擬場景投影到真實的物體上，給人以身臨其境的感覺。全息投影設備通常使用激光或者光學技術生成虛擬圖像，并通過反射或折射將圖像投射到特定的物體或者空間中。除了全息投影設備以外，讓用戶獲得真實完整的體驗感，具有更加重要的意義。因此，頭盔、手柄、手套、運動捕捉和模擬駕駛等設備也是非常關鍵的，在數字媒體交互過程的虛擬現實設計中也被廣泛使用。

頭戴式顯示器是最常見的虛擬現實設備之一，其以頭戴的方式將顯示器和一些傳感器組合起來。通過頭戴式顯示器，用戶可以將視覺重點放在虛擬現實場景中，從而增強沉浸感。頭戴式顯示器通常由高分辨率的2個顯像裝置和一些陀螺儀等傳感器組成。其中，顯像裝置可將計算機生成的圖像通過分割屏幕技術分成2個不同視角的畫面，分別進入左右眼，從而為用戶提供3D感受。頭戴式顯示器的一種——交互頭盔，如圖1所示。

手柄或手套是用于在虛擬現實環境中進行手部交互的設備。這些設備通常包含了觸覺傳感器和位移傳感器，可以實時檢測用戶手部的動作和位置。通過手柄或手套，用戶可以在虛擬環境中觸摸和抓取物體，進行手部動作操作。交互手套的外觀，如圖2所示。

運動捕捉設備可以幫助用戶在虛擬環境中進行全身運動。這些設備通常使用攝像頭、紅外線、雷達等技術，以精確地追蹤用戶頭部、身體、手臂等部位的運動。通過運動捕捉設備，用戶可以在虛擬環境中進行自由的身體運動，增加身臨其境的感覺。

模擬駕駛設備主要用于在虛擬現實環境中進行駕駛模擬體驗。這些設備通常包括一個真實車輛的座椅、方向盤、踏板和顯示器等組件。通過模擬駕駛設備，用戶可以感受真實的駕駛體驗，提高駕駛技能。

在一個數字媒體平臺或終端下，其交互系統究竟需要應用到哪些硬件，需要根據虛擬現實的設計任務有針對性的選擇。這里，能是上述提及的各種硬件設備中的一種或幾種，也可能是其他未被提及的硬件設備。

2" 虛擬現實在數字媒體交互中應用的軟件設計

在數字媒體交互系統下，虛擬現實技術所需的軟件環境包括虛擬現實軟件平臺、模擬和交互軟件、內容開發工具等軟件環境的支持，虛擬現實技術可以為用戶帶來一種身臨其境的體驗，拓展各行各業的應用前景。

虛擬現實軟件平臺：虛擬現實軟件平臺是虛擬現實技術的核心軟件，用于創建和渲染虛擬環境，并將用戶的輸入與虛擬環境進行交互。常見的虛擬現實軟件平臺有Unity、Unreal Engine等，他們提供了豐富的開發工具和資源，用于創建虛擬場景、物體模型、運動追蹤和交互設計等。

模擬和交互軟件：模擬和交互軟件是在虛擬現實環境中提供交互和模擬功能的軟件。通過模擬軟件，用戶可以在虛擬環境中進行培訓、演練、模擬實驗等。而交互軟件則允許用戶在虛擬環境中進行實時交互和控制。

內容開發工具：為了創作虛擬現實內容，開發者需要使用相關的內容開發工具，如3D建模軟件、動畫軟件、圖像處理軟件等。這些工具可以幫助開發者創建虛擬環境中的物體、場景、動畫。

全息顯示技術：全息顯示技術是虛擬現實技術的一種變體，其通過投影光線直接顯示三維圖像，而無須使用頭戴式顯示器。全息顯示技術具備更高的可視化效果和真實感，可以在醫學、教育等領域發揮重要作用。

數字媒體交互過程的軟件設計，包括一個通用的架構，如圖3所示。

從圖3中可以看出，根據數字媒體交互接口的設計總任務需求，在任務表單層進行交互功能的細化和分解，進而根據虛擬現實所需的設備、材料、轉換和通信等需求訪問數字媒體的底端數據庫，這是一個完整的軟件設計流程。

3" 虛擬現實在數字媒體交互中應用的性能測試

為了檢驗虛擬現實技術在數字媒體交互中的應用效果，依據本文的軟硬件設計框架，設計數字媒體的交互過程，并和沒有使用虛擬現實技術的數字媒體交互、傳統媒體的交互進行對比，測試其性能。

性能測試從2個方面展開，第一組測試實驗，采用虛擬現實技術的數字媒體交互接口測試用戶使用的滿意度，結果如圖4所示。

圖4中，橫坐標代表了用戶與數字媒體接口的交互次數，分別是0、1、2、3、4、5和6次。縱坐標代表了用戶和數字媒體接口交互后的滿意度，刻度分別是70%、75%、80%、85%、90%、95%和100%。

從圖4中的曲線變化結果可以看出，隨著交互次數的不斷增加，用戶對數字媒體技術的交互過程滿意度穩步提升，最終基本穩定在95%以上。可見，虛擬現實技術的使用，給數字媒體交互過程提供了更好的體驗感、真實感。

第二組測試實驗，考察本文方法完成的數字媒體交互過程的實時性。信息交互的過程，延遲足夠小、實時性足夠高，是最好的用戶體驗。因此，延遲或實時性也被看作是衡量數字媒體技術交互性能的重要指標。這里分別采用了常規媒體交互、數字媒體交互及本文提出的基于虛擬現實的數字媒體交互進行實時性的比對，比對結果如圖5所示。

圖5中，橫坐標代表了不同種類的操作，一共包括了5種操作。縱坐標代表了實時性提升程度。白色柱代表了常規媒體交互過程的實時性提升程度，斜剖面線柱代表了數字媒體交互過程的實時性提升程度，點剖面柱代表了基于虛擬現實技術的數字媒體交互過程的實時性提升程度。

從3種交互的對比結果可以明顯看出，采用虛擬現實技術完成數字媒體交互過程的設計，用戶完成不同種類的操作，實時性都得到了明顯的提升，提升幅度在12%以上，最高接近16%，明顯高于其他2種類型的媒體交互。

4" 結束語

數字媒體技術帶來了深刻的變革，是目前人類社會接收各種信息的重要途徑。虛擬現實技術可以提供良好的體驗感、滿意度、實時性，對于數字媒體技術交互過程的改變具有重要的意義。本文中，首先從硬件角度分析了基于虛擬現實技術的數字媒體交互采用的設備，包括計算機設備、頭盔、手套、手柄、運動捕捉、模擬駕駛和全息現實等。其次從軟件角度分析了基于虛擬現實技術的數字媒體交互的設計流程和框架，包括虛擬現實軟件平臺、模擬和交互軟件、內容開發工具等軟件環境的支持等。性能測試實驗結果表明，基于虛擬現實的數字媒體交互過程設計，具有更高的滿意度和實時性。

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