虛擬現(xiàn)實(shí) 又名：VR,靈境,幻真

　　關(guān)鍵技術(shù)

　　虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對(duì)觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺(jué)/力覺(jué)反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等。下面對(duì)這些技術(shù)分別加以說(shuō)明。

　　相比較而言，利用計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足夠準(zhǔn)確的模型，又有足夠的時(shí)間，我們就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像，但是這里的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)。例如在飛行模擬系統(tǒng)中，圖像的刷新相當(dāng)重要，同時(shí)對(duì)圖像質(zhì)量的要求也很高，再加上非常復(fù)雜的虛擬環(huán)境，問(wèn)題就變得相當(dāng)困難。

　　顯示

　　人看周?chē)氖澜鐣r(shí)，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來(lái)，就形成了一個(gè)關(guān)于周?chē)澜绲恼w景象，這個(gè)景象中包括了距離遠(yuǎn)近的信息。當(dāng)然，距離信息也可以通過(guò)其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠(yuǎn)近、物體大小的比較等。

　　在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺(jué)起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個(gè)顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。

　　用戶（頭、眼）的跟蹤：在人造環(huán)境中，每個(gè)物體相對(duì)于系統(tǒng)的坐標(biāo)系都有一個(gè)位置與姿態(tài)，而用戶也是如此。用戶看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來(lái)確定的。

　　跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)頭套：在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)中，視場(chǎng)的改變是通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用戶的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來(lái)改變圖像的視角，用戶的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來(lái)，感覺(jué)更逼真。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，用戶不僅可以通過(guò)雙目立體視覺(jué)去認(rèn)識(shí)環(huán)境，而且可以通過(guò)頭部的運(yùn)動(dòng)去觀察環(huán)境。

　　在用戶與計(jì)算機(jī)的交互中，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)是目前最常用的工具，但對(duì)于三維空間來(lái)說(shuō)，它們都不太適合。在三維空間中因?yàn)橛辛鶄€(gè)自由度，我們很難找出比較直觀的辦法把鼠標(biāo)的平面運(yùn)動(dòng)映射成三維空間的任意運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在，已經(jīng)有一些設(shè)備可以提供六個(gè)自由度，如3Space數(shù)字化儀和SpaceBall空間球等。另外一些性能比較優(yōu)異的設(shè)備是數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣。

　　聲音

　　人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強(qiáng)度的差別來(lái)確定聲音的方向，因?yàn)槁曇舻竭_(dá)兩只耳朵的時(shí)間或距離有所不同。常見(jiàn)的立體聲效果就是靠左右耳聽(tīng)到在不同位置錄制的不同聲音來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以會(huì)有一種方向感?，F(xiàn)實(shí)生活里，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聽(tīng)到的聲音的方向就會(huì)改變。但目前在VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。

　　感覺(jué)反饋

　　在一個(gè)VR系統(tǒng)中，用戶可以看到一個(gè)虛擬的杯子。你可以設(shè)法去抓住它，但是你的手沒(méi)有真正接觸杯子的感覺(jué)，并有可能穿過(guò)虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的。解決這一問(wèn)題的常用裝置是在手套內(nèi)層安裝一些可以振動(dòng)的觸點(diǎn)來(lái)模擬觸覺(jué)。

　　語(yǔ)音

　　在VR系統(tǒng)中，語(yǔ)音的輸入輸出也很重要。這就要求虛擬環(huán)境能聽(tīng)懂人的語(yǔ)言，并能與人實(shí)時(shí)交互。而讓計(jì)算機(jī)識(shí)別人的語(yǔ)音是相當(dāng)困難的，因?yàn)檎Z(yǔ)音信號(hào)和自然語(yǔ)言信號(hào)有其“多邊性”和復(fù)雜性。例如，連續(xù)語(yǔ)音中詞與詞之間沒(méi)有明顯的停頓，同一詞、同一字的發(fā)音受前后詞、字的影響，不僅不同人說(shuō)同一詞會(huì)有所不同，就是同一人發(fā)音也會(huì)受到心理、生理和環(huán)境的影響而有所不同。

　　使用人的自然語(yǔ)言作為計(jì)算機(jī)輸入目前有兩個(gè)問(wèn)題，首先是效率問(wèn)題，為便于計(jì)算機(jī)理解，輸入的語(yǔ)音可能會(huì)相當(dāng)啰嗦。其次是正確性問(wèn)題，計(jì)算機(jī)理解語(yǔ)音的方法是對(duì)比匹配，而沒(méi)有人的智能。

　　技術(shù)特點(diǎn)

　　VR藝術(shù)是伴隨著“虛擬現(xiàn)實(shí)時(shí)代”的來(lái)臨應(yīng)運(yùn)而生的一種新興而獨(dú)立的藝術(shù)門(mén)類，在《虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)： 形而上的終極再創(chuàng)造》一文中，關(guān)于VR藝術(shù)有如下的定義：“以虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等人工智能技術(shù)作為媒介手段加以運(yùn)用的藝術(shù)形式，我們稱之為虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)，簡(jiǎn)稱VR藝術(shù)。該藝術(shù)形式的主要特點(diǎn)是超文本性和交互性。”

　　“作為現(xiàn)代科技前沿的綜合體現(xiàn)，VR藝術(shù)是通過(guò)人機(jī)界面對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種新的藝術(shù)語(yǔ)言形式，它吸引藝術(shù)家的重要之處，在于藝術(shù)思維與科技工具的密切交融和二者深層滲透所產(chǎn)生的全新的認(rèn)知體驗(yàn)。與傳統(tǒng)視窗操作下的新媒體藝術(shù)相比，交互性和擴(kuò)展的人機(jī)對(duì)話，是VR藝術(shù)呈現(xiàn)其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵所在。從整體意義上說(shuō)，VR藝術(shù)是以新型人機(jī)對(duì)話為基礎(chǔ)的交互性的藝術(shù)形式，其最大優(yōu)勢(shì)在于建構(gòu)作品與參與者的對(duì)話，通過(guò)對(duì)話揭示意義生成的過(guò)程。

　　藝術(shù)家通過(guò)對(duì)VR、AR等技術(shù)的應(yīng)用，可以采用更為自然的人機(jī)交互手段控制作品的形式，塑造出更具沉浸感的藝術(shù)環(huán)境和現(xiàn)實(shí)情況下不能實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想，并賦予創(chuàng)造的過(guò)程以新的含義。如具有VR性質(zhì)的交互裝置系統(tǒng)可以設(shè)置觀眾穿越多重感官的交互通道以及穿越裝置的過(guò)程，藝術(shù)家可以借助軟件和硬件的順暢配合來(lái)促進(jìn)參與者與作品之間的溝通與反饋，創(chuàng)造良好的參與性和可操控性；也可以通過(guò)視頻界面進(jìn)行動(dòng)作捕捉，儲(chǔ)存訪問(wèn)者的行為片段，以保持參與者的意識(shí)增強(qiáng)性為基礎(chǔ)，同步放映增強(qiáng)效果和重新塑造、處理過(guò)的影像；通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)等形式，將數(shù)字世界和真實(shí)世界結(jié)合在一起，觀眾可以通過(guò)自身動(dòng)作控制投影的文本，如數(shù)據(jù)手套可以提供力的反饋，可移動(dòng)的場(chǎng)景、360度旋轉(zhuǎn)的球體空間不僅增強(qiáng)了作品的沉浸感，而且可以使觀眾進(jìn)入作品的內(nèi)部，操縱它、觀察它的過(guò)程，甚至賦予觀眾參與再創(chuàng)造的機(jī)會(huì)。”

　　五大障礙

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來(lái)將會(huì)發(fā)展成一種改變我們生活方式的新突破。在第一代Oculus Rift的開(kāi)發(fā)者大會(huì)上，所有與會(huì)者都看到了一個(gè)充滿潛力的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)。

　　但是從現(xiàn)在來(lái)看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)想要真正進(jìn)入消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，還有一段很長(zhǎng)的路要走，包括Oculus公司在內(nèi)。在Oculus內(nèi)部，也對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)在面對(duì)的問(wèn)題進(jìn)行了討論，并且不斷的在尋找解決方法。雖然所有問(wèn)題最終都會(huì)找到答案，但是都不太可能在一夜之間全部解決。

　　目前，開(kāi)發(fā)者如何為用戶提供一個(gè)真正身臨其境的游戲或應(yīng)用體驗(yàn)還存在比較大的技術(shù)局限性，而一些問(wèn)題到現(xiàn)在仍然還沒(méi)有很好的解決辦法。

　　沒(méi)有真正進(jìn)入虛擬世界的方法

　　在Oculus Rift開(kāi)發(fā)圈有一個(gè)著名的笑話，每當(dāng)有人讓使用者站起來(lái)走走時(shí)，對(duì)方通常都不敢輕易走動(dòng)，因?yàn)镺culus Rift還依然要通過(guò)線纜連接到計(jì)算設(shè)備上，而這也大幅限制了使用者的活動(dòng)范圍。

　　包括Oculus Rift在內(nèi)的各種虛擬現(xiàn)實(shí)裝備依然在阻擋著用戶和虛擬世界之間的交流。這些裝置蓋住了我們的眼睛，只是改變了我們的視線，但是并非涵蓋了我們所有的視野范圍。本來(lái)笨手笨腳的配合鼠標(biāo)和鍵盤(pán)使用就已經(jīng)非常尷尬，而任何嘗試大范圍移動(dòng)的行為都會(huì)被各種線纜束縛。

　　“我們不希望用戶因此而受到傷害。”Oculus VR創(chuàng)始人Palmer Luckey表示。

　　部分開(kāi)發(fā)者曾經(jīng)考慮專門(mén)創(chuàng)建一個(gè)房間來(lái)供虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備使用，但是問(wèn)題似乎并不會(huì)如此簡(jiǎn)單的就被解決。在游戲中真正身臨其境的體驗(yàn)包括了蹲、躲避甚至是攀爬等動(dòng)作，而這些目前來(lái)看還無(wú)法給使用者帶來(lái)逼真的沉浸式體驗(yàn)。

　　雖然現(xiàn)在有一些第三方的解決方案，比如Virtuix Omni跑步機(jī)可以讓玩家在固定的空間內(nèi)安全的模擬移動(dòng)，但是這些大家伙通常價(jià)格昂貴，并不是普通玩家所能承受的負(fù)擔(dān)。

　　如何“輸入”也是一大困擾

　　虛擬現(xiàn)實(shí)更大的挑戰(zhàn)也許是如何在虛擬世界中與目標(biāo)進(jìn)行互動(dòng)。Oculus Rift只是對(duì)用戶的頭部進(jìn)行跟蹤，但是并不能追蹤身體的其它部位。比如玩家的手部動(dòng)作現(xiàn)在就無(wú)法真正模擬。“輸入是能夠給用戶帶來(lái)最重要和明顯的體驗(yàn)，如果不能模擬動(dòng)作，用戶總會(huì)找不到自己的手在哪里。”Luckey表示。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)如何輸入是游戲開(kāi)發(fā)者和硬件制造商目前非常大的困擾。雖然現(xiàn)在Xbox的手柄已經(jīng)可以成為PC的控制器，但是在實(shí)際應(yīng)用中還缺乏一些經(jīng)驗(yàn)。其它控制裝置，比如Razer Hydra和STEM系統(tǒng)，雖然都給出了很多承諾，但是依然還是不能模擬使用者的雙手。

　　目前還沒(méi)有明確的方法來(lái)直到如何具體的實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在手勢(shì)上的追蹤。“我們都知道有些事物不太對(duì)勁，他們已經(jīng)妨礙了我們與虛擬世界之間的溝通。”Luckey說(shuō)。Oculus似乎依然在開(kāi)發(fā)屬于自己的輸入設(shè)備，但是目前還沒(méi)有太大的成果。

　　“有些人在采取措施，但是目前大家都不知道自己要做的是什么。雖然有控制器、還有槍，但是我們需要的是一種專門(mén)為虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備開(kāi)發(fā)的專用輸入設(shè)備，并且會(huì)成為主流。它不一定很完美，但是必須要超越一把劍、一支槍甚至是一雙手。這是非常困難的，不過(guò)模擬一只手要比槍難度更大。”他表示。

　　缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前仍處于初級(jí)階段，毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于這個(gè)平臺(tái)大家都有著各自的演示方法，無(wú)論是粗糙還是漂亮，最關(guān)鍵的也就是最后的幾分鐘。雖然許多開(kāi)發(fā)者對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)充滿了熱情，但是似乎大家都沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

　　作為一個(gè)全新的平臺(tái)，只有引起人們的興趣才能取得成功，包括實(shí)際的體驗(yàn)。DVD電影、游戲機(jī)甚至是YouTube現(xiàn)在都已經(jīng)變得無(wú)處不在，就因?yàn)樵S多人都對(duì)他們有興趣。同樣，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)想要引人注目，就必須吸引的不只是專業(yè)愛(ài)好者。尤其是對(duì)于那些年長(zhǎng)一些或者非科技愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，同樣非常重要。

　　“有些技術(shù)剛開(kāi)始看起來(lái)很酷，但是慢慢就變得沒(méi)那么有吸引力了。顯然虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)想要成長(zhǎng)成參天大樹(shù)，還需要多年的時(shí)間。”Luckey表示。

　　游戲體驗(yàn)也許并不需要用戶了解多么多的專業(yè)技術(shù)，只需要提供一個(gè)逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)即可。Luckey指出人們通常都喜歡大多數(shù)人喜歡的事物，同樣，分享才能帶來(lái)更多的樂(lè)趣。

　　現(xiàn)在還有許多虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不止關(guān)注游戲領(lǐng)域，比如Oculus Rift就為三星的Gear VR開(kāi)發(fā)了兩款應(yīng)用，一款是專門(mén)用來(lái)欣賞電影，另外一款則是360度全方位的照片查看工具。

　　“這些工具的實(shí)用性非常重要，因?yàn)楹芏嗳藭?huì)多次反復(fù)使用。”Oculus VR產(chǎn)品副總裁Nate Mitchell說(shuō)。“這就像是現(xiàn)在的智能手機(jī)，雖然它用來(lái)聽(tīng)音樂(lè)并不是最好效果的那個(gè)，但是至少想聽(tīng)的時(shí)候隨時(shí)都可以，這很方便。我嘗試過(guò)用虛擬現(xiàn)實(shí)裝置看電影，效果真的很棒。”

　　容易讓人感到疲勞

　　所有游戲開(kāi)發(fā)商或電影制作公司都應(yīng)該了解如何在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中不同的使用攝像機(jī)。移動(dòng)著觀看和靜坐觀看，二者帶來(lái)的體驗(yàn)是截然不同的。鏡頭的加速移動(dòng)，就會(huì)帶來(lái)不同的焦點(diǎn)，而這些如果運(yùn)用不當(dāng)，就會(huì)給用戶帶來(lái)惡心的感覺(jué)。甚至如果鏡頭移動(dòng)的過(guò)于迅速，直接會(huì)暫時(shí)影響用戶的視力。

　　有些人要更敏感，更容易眩暈。雖然Oculus VR首席執(zhí)行官Brendan Iribe表示最新的產(chǎn)品可以避免為用戶帶來(lái)身體不適，但是仍然需要用戶親身體驗(yàn)過(guò)才行。目前還有一些研究顯示，女性通常要比男性更容易對(duì)這些設(shè)備產(chǎn)生不適（另外很少有女性會(huì)參與到虛擬現(xiàn)實(shí)裝置的測(cè)試體驗(yàn)）。

　　看起來(lái)還是有點(diǎn)蠢

　　最后一點(diǎn)雖然看起來(lái)有些膚淺，但是同樣很重要。雖然是一款專業(yè)的游戲設(shè)備，但是現(xiàn)在我們佩戴起來(lái)非常笨重并且不自然，甚至看起來(lái)有些愚蠢。雖然目前我們不知道最終版的Oculus Rift會(huì)是什么樣子，但是從目前來(lái)看，想要讓它變得輕盈似乎不太可能。

　　雖然Oculus Rift不是在公共場(chǎng)所使用的設(shè)備，但是普通用戶絕對(duì)也接受不了它們現(xiàn)在的樣子。不過(guò)這些問(wèn)題并非不可解決，大多數(shù)熟悉虛擬現(xiàn)實(shí)裝備的開(kāi)發(fā)者都表示，未來(lái)關(guān)于設(shè)備的外觀變得更漂亮并不是一件困難的事情。

　　雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)在看起來(lái)還非常初級(jí)，但是終有一天它將成為我們與計(jì)算機(jī)交互方式最大的一種轉(zhuǎn)型，改變?nèi)藗兣c科技之間的關(guān)系。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來(lái)最終將讓我們與虛擬世界之間，更加自然的交互。