概述： 這片文章試圖引導(dǎo)初涉虛擬現(xiàn)實技術(shù)的學(xué)生、技術(shù)人員或從業(yè)工程師對虛擬現(xiàn)實存在背景及產(chǎn)生歷史、虛擬現(xiàn)實涉及的關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品方向、跨行業(yè)應(yīng)用、當(dāng)前大規(guī)模(Large-Scale)企業(yè)的應(yīng)對產(chǎn)品以及市場前景給出一個綜合性的總體論述。
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1 趣談背景
“三千大千世界”的宇宙觀是古代歷史上的偉大哲人釋迦摩尼給我們描述的宇宙存在。饒有趣味的是，現(xiàn)代物理學(xué)前沿對宇宙的種種解釋和推斷竟然巧妙地和哲人的觀點(diǎn)相吻合，難怪愛因斯坦也對佛學(xué)文化點(diǎn)贊。物理學(xué)定律跟佛學(xué)理論的交叉點(diǎn)主要有緣起性空，無中生有如物理學(xué)的“真空”非真的空等等。按照量子力學(xué)的當(dāng)今成果，很多科學(xué)家推斷我們面臨的宇宙只是眾多宇宙其中的一個，更有甚者有些科學(xué)家也推斷我們?nèi)祟惐旧砭褪歉呔S度的投影，換句話說我們都是模擬出來的。近幾年，特別是2002年，多重宇宙論的基礎(chǔ)被加強(qiáng)了，而且多重宇宙所指的范圍比以前要大得多。討論根本自然規(guī)律的佳理論，即“超弦理論”近所取得的進(jìn)展為多重宇宙論提供了更加堅實的基礎(chǔ)。新近的思考認(rèn)為，對某一宇宙來說的確有許多可能的形式，同時自然規(guī)律也有許多種可能，甚至是無窮多的可能。有人宣稱宇宙的可能類型之多，比我們這個宇宙中所有的原子還要多！多重宇宙系統(tǒng)比我們星球上的生物圈還要復(fù)雜。同時我們還要記住：每個宇宙本身又是無限的。這種觀念常常令理工類人士腦洞大開。
我們是否真的是被模擬出來的姑且不論，既然我們的科技文明發(fā)展到了今天這一步，人類現(xiàn)在也想模仿上帝的行為，似乎也要品嘗下做上帝的滋味。我們能夠越來越發(fā)覺到創(chuàng)建世界的輪回的悖論，如果真的將人工智能、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實進(jìn)行充分整合，我們創(chuàng)建的機(jī)器會變得比我們更加聰明，從而一旦它們也學(xué)會了繼續(xù)創(chuàng)建世界，這個也許就是宇宙的密碼，一個永無止歇的因果循環(huán)。
下面從發(fā)展了近半個世紀(jì)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)歷史談起。
2 虛擬現(xiàn)實的歷史
對于計算機(jī)虛擬技術(shù)，人類從未有過停止探索的腳步。按照百度百科，虛擬現(xiàn)實技術(shù)演變發(fā)展史大體上可以分為四個階段：1963以前有聲形動態(tài)的模擬是蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實思想的第一階段;1963 -1972 年虛擬現(xiàn)實萌芽為第二階段，計算機(jī)科學(xué)家們進(jìn)行了積極的探索;1973 -1989 年虛擬現(xiàn)實概念的產(chǎn)生和理論初步形成為第三階段，有了產(chǎn)品的雛形;1990 -2004 年虛擬現(xiàn)實理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用為第四階段。2015年被稱為虛擬現(xiàn)實的“元”年。
按照歷史發(fā)展順序，摘要總結(jié)為以下發(fā)展過程。
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時 |
標(biāo)志性事件 |
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50 |
1957年，號稱“虛擬現(xiàn)實之父”的Morton Heilig發(fā)明了3D圖像的模擬并帶有味道(smell)，風(fēng)和聲音從而建立了有真實幻覺的機(jī)器（Sensorama）。例如用戶能夠坐在可以震動的座位上面享受騎著摩托車漫游的感覺。 |
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60 |
1961年, Philco公司開發(fā)了一個頭盔項目Headsight, 并將帶頭部跟蹤系統(tǒng)的視頻屏幕包含進(jìn)來。這項技術(shù)曾在軍隊訓(xùn)練操作中運(yùn)用。 |
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1965年，被譽(yù)為計算機(jī)圖形學(xué)之父的著名計算機(jī)科學(xué)家Ivan Sutherland跟進(jìn)了稱作終極顯示的概念，使用一個掛在頭部的顯示設(shè)備HMD, 并連接到計算機(jī)，從而看見虛擬的世界。頭戴式的Sutherland顯示器出現(xiàn)，只是礙于技術(shù)的限制，體積十分沉重，需要在天花板上設(shè)計專門的支撐桿，被笑稱為“達(dá)摩克利斯之劍”。 |
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70 |
萌芽期的創(chuàng)新乏力。 |
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80 |
1982年，VR進(jìn)駐好萊塢從而電影Tron首次描繪了虛擬現(xiàn)實。 |
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1987年，另外一位著名的計算機(jī)科學(xué)家Jaron Lanier，就這么東拼西湊的搗鼓出一款價值10萬美元的虛擬現(xiàn)實頭盔。 |
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90 |
1991年，虛擬工作組將VR加入街機(jī)視頻游戲，用戶可以走進(jìn)一個虛擬的櫥柜并使用眼鏡進(jìn)入了一個三維的游戲世界。后，更加流行的街機(jī)游戲如Pac-Man具有了虛擬現(xiàn)實版本。 |
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1997年，Georgia的技術(shù)研究者使用VR技術(shù)創(chuàng)建戰(zhàn)區(qū)場景為了治療士兵的PTSD病癥。 |
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1999年，電影“矩陣”的隆重上映對計算機(jī)產(chǎn)生的世界進(jìn)行了特寫。未來的居民從出生就囚禁在那兒。 |
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00 |
2012年，Oculus轉(zhuǎn)向資金增長平臺贊助oculus開發(fā)者套件，意味著開發(fā)者能夠?qū)R設(shè)備引入游戲領(lǐng)域。 |
3 涉及的計算機(jī)技術(shù)
3.1 計算機(jī)技術(shù)支持
虛擬現(xiàn)實是計算機(jī)科學(xué)發(fā)展至今的“集大成者”，換句話說是多種計算機(jī)技術(shù)綜合應(yīng)用的結(jié)果。涉足的技術(shù)領(lǐng)域涵蓋：
● 計算機(jī)仿真技術(shù)
仿真模擬方法可以追溯到1773年，法國科學(xué)家用仿真模擬方法做物理實驗。計算機(jī)仿真技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的實用技術(shù)之一，隨著虛擬現(xiàn)實已成為熱門的話題，研究、應(yīng)用計算機(jī)仿真技術(shù)已成為各行各業(yè)的一種時尚。
“舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家。”計算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)從航天航空、核工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域向國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域發(fā)展，從軍事、國防等部門向民用部門發(fā)展，從自然科學(xué)領(lǐng)域向社會科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展，從高校、研究院所向廠礦等生產(chǎn)第一線發(fā)展。隨著我國兩彈一星、宇宙飛船等高精尖技術(shù)的發(fā)展，我國已進(jìn)入世界上少數(shù)幾個擁有的行列，我國也有望成為世界上仿真技術(shù)大國。
如今計算機(jī)仿真技術(shù)被廣泛運(yùn)用于眾多的領(lǐng)域之中。在國外，仿真模擬方法可以追溯到1773年，法國科學(xué)家用仿真模擬方法做物理實驗。1876年，美國統(tǒng)計學(xué)家第一次使用仿真模擬方法做隨機(jī)實驗。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，仿真模擬技術(shù)在高科技中所處的地位日益提高。一些發(fā)達(dá)非常重視仿真模擬技術(shù)的開發(fā)利用，在科學(xué)研究、工業(yè)、交通、軍事、教育等領(lǐng)域得到大量應(yīng)用。
● 計算機(jī)圖形學(xué)
計算機(jī)圖形學(xué)是利用計算機(jī)研究圖形的表示、生成、處理，顯示的科學(xué)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，計算機(jī)圖形學(xué)已成為計算機(jī)科學(xué)中為活躍的分支之一，并得到廣泛的應(yīng)用。1950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院旋風(fēng)一號———(Whirlwind)計算機(jī)的附件誕生。該顯示器用一個類似示波器的陰極射線管(CRT)來顯 示一些簡單的圖形。計算機(jī)圖形學(xué)如今已經(jīng)成為當(dāng)代幾乎所有科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域用來加 強(qiáng)信息理解和傳遞的技術(shù)和工具。與此同時， 計算機(jī)圖形學(xué)的硬件和軟件應(yīng)用本身已發(fā)展成為一個巨大的產(chǎn)業(yè)。
● 人-機(jī)接口技術(shù)
人機(jī)接口HMI是Human Machine Interface 的縮寫，也叫人機(jī)界面。人機(jī)界面(又稱用戶界面或使用者界面)是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介， 它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在 著人機(jī)界面。虛擬現(xiàn)實本身就是一種高端的人機(jī)接口，包括通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺等多種感覺通道的實時模擬和實時交互。
● 計算機(jī)多媒體技術(shù)
利用Web3D虛擬技術(shù)，可以徹底打破時間與空間的限制，為用戶提供逼真、生動的感性互動體驗。例如對于建筑工程環(huán)境，通過Web3D技術(shù)，用戶能夠自由地在虛擬建筑物中進(jìn)行游歷，了解各種建筑設(shè)計的特色，甚至通過特定的Web3D功能可以透視建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，或工程師還能親身體會模擬搭建各類建筑的過程。
● 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)(英語縮寫IoT)是互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能行使獨(dú)立功能的普通物體實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)將虛擬世界的數(shù)據(jù)行為轉(zhuǎn)化為真實世界的物理行為，而真實世界的物理行為又會影響數(shù)據(jù)積累和交換;虛擬的數(shù)據(jù)行為發(fā)生的基礎(chǔ)是不同智能設(shè)備之間可以共享的大數(shù)據(jù)，還有數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)平臺和應(yīng)用;物理行為參與者包括硬件和軟件。虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)會將物聯(lián)網(wǎng)帶到了一個新的高度。
● 計算機(jī)感知技術(shù)
多感知性(Multi-Sensory)也是虛擬現(xiàn)實的重要特征，所謂多感知是指除了一般計算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動等幾種。
● 硬件平臺的CPU/GPU支持
相比于CPU，GPU存在兩大優(yōu)勢：一是響應(yīng)速度快，據(jù)人工智能硬件研究項目“寒武紀(jì)”小組新研究表明，GPU能夠提供平均 58.82X 倍于CPU速度;二是GPU對能源的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CPU。因為GPU可以平行處理大量瑣碎信息，并能在高速狀態(tài)下分析海量數(shù)據(jù)。GPU處理器的進(jìn)步將給虛擬現(xiàn)實、深度學(xué)習(xí)和游戲帶來巨大提升。包括谷歌、Facebook和微軟等科技巨頭公司在內(nèi)的人工智能領(lǐng)域研究者，已經(jīng)在使用英偉達(dá)所提供的芯片產(chǎn)品。虛擬現(xiàn)實作為其重要組成部分，也將為GPU帶來大量新增需求。
● 人工智能技術(shù)
人工智能技術(shù)的核心技術(shù)包括知識表示技術(shù)，知識推理技術(shù)，模糊邏輯技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，遺傳算法，專家系統(tǒng)，機(jī)器學(xué)習(xí)，群集智能等。據(jù)百度百科的定義：人工智能(Artificial Intelligence)，英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。研究的目標(biāo)是，機(jī)器視、聽、觸、感覺及思維方式對人的模擬，包括指紋識別，人臉識別，視網(wǎng)膜識別，虹膜識別，掌紋識別，專家系統(tǒng)，智能搜索，定理證明，邏輯推理，博弈，信息感應(yīng)與辨證處理等等。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)需要解決的問題是可穿戴設(shè)備的便捷性以及價格上的居高不下兩點(diǎn)。一旦商業(yè)價值被充分看好，將會迅速帶來“人聯(lián)網(wǎng)”和“物聯(lián)網(wǎng)”的聯(lián)結(jié)(中山大學(xué)哲學(xué)系教授翟振明語)，屆時產(chǎn)生的結(jié)果將是，當(dāng)你進(jìn)入一個虛擬的世界，你可以獲得實體機(jī)械工具(人工無智能機(jī)器)的操控能力。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)解決視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運(yùn)動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺也被模擬，此外，頭部轉(zhuǎn)動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作所能達(dá)到的實時響應(yīng)，使用者將可以完全獲得虛擬=現(xiàn)實的感覺。
3.2 技術(shù)實現(xiàn)的產(chǎn)品方向
VR是利用SOC進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計算后模擬產(chǎn)生一個三維虛擬世界，提供給產(chǎn)品佩戴者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺的全方位感官模擬，讓使用者如同身歷其境般地真切感受到虛擬場景所帶來的全新體驗，可以沒有限制地觀察超廣空間的事物。AR是通過電腦技術(shù)在現(xiàn)實的基礎(chǔ)上作場景合成，增添一部分信息來擴(kuò)展人們手中掌握的數(shù)據(jù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界當(dāng)中，糅合真實的環(huán)境與虛擬的物體實時疊加到同一空間、同一場景、同一畫面�；旌犀F(xiàn)實是在VR、AR興起之后所出現(xiàn)的新概念，包括增強(qiáng)現(xiàn)實和增強(qiáng)虛擬兩部分，能夠合并現(xiàn)實和虛擬世界而產(chǎn)生新的可視環(huán)境�，F(xiàn)實物理和數(shù)字對象是共存的并可以實時互動。MR與AR之間并沒有明顯的分界線，未來也不可能作明確區(qū)分，因為AR與MR是殊途同歸的，現(xiàn)階段可以將MR看做是AR產(chǎn)品的升級版。
圖 1 當(dāng)前3個發(fā)展方向
此外還有人提出了CR的概念，CR則是巨頭紛紛注資的Magic Leap曾經(jīng)宣揚(yáng)的顯示概念，稱作影像現(xiàn)實，意思是虛擬場景跟電影特效一樣逼真，不過這個概念歸屬M(fèi)R比較好吧。
圖 2 MR具代表性的鯨魚視頻
4 虛擬現(xiàn)實的行業(yè)應(yīng)用
我們不妨可以將虛擬現(xiàn)實所需的軟件和硬件平臺一體化所構(gòu)建的虛擬平臺稱之為“基礎(chǔ)設(shè)施”，這種基礎(chǔ)設(shè)施可以對各個行業(yè)帶來技術(shù)變革。既然虛擬現(xiàn)實是對現(xiàn)實世界的虛擬化，必然對各個行業(yè)產(chǎn)生很大的技術(shù)影響力。
圖 3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的跨行業(yè)應(yīng)用
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，新的VR應(yīng)用案例每天都在涌現(xiàn)，并被廣泛應(yīng)用在游戲、新聞事件直播、社交體驗、VR商務(wù)、醫(yī)療保健、健身、社交式廣告和贊助內(nèi)容、娛樂和電影、通信、培訓(xùn)與教學(xué)模擬、旅游等領(lǐng)域。下面扼要列舉各個行業(yè)可能產(chǎn)生的實用案例。
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行業(yè) |
應(yīng)用示例 |
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演播 |
虛擬演播室則是虛擬現(xiàn)實技術(shù)與人類思維相結(jié)合在電視節(jié)目制作中的具體體現(xiàn)。虛擬演播系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是它能夠更有效地表達(dá)新聞信息，增強(qiáng)信息的感染力和交互性。傳統(tǒng)的演播室對節(jié)目制作的限制較多。虛擬演播系統(tǒng)制作的布景是合乎比例的立體設(shè)計，當(dāng)攝像機(jī)移動時，虛擬的布景與前景畫面都會出現(xiàn)相應(yīng)的變化，從而增加了節(jié)目的真實感。 |
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地質(zhì) |
利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)沉浸感、與計算機(jī)的交互功能和實時表現(xiàn)功能，建立相關(guān)的地質(zhì)、水文地質(zhì)模型和專業(yè)模型，進(jìn)而實現(xiàn)對含水層結(jié)構(gòu)、地下水流、地下水質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)問題（例如地面沉降、海水入侵、土壤沙漠化、鹽漬化、沼澤化及區(qū)域降落漏斗擴(kuò)展趨勢）的虛擬表達(dá)。 |
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船舶 |
在船舶設(shè)計領(lǐng)域，虛擬設(shè)計涵蓋了建造、維護(hù)、設(shè)備使用、客戶需求等傳統(tǒng)設(shè)計方法無法實現(xiàn)的領(lǐng)域，真正做到產(chǎn)品的全壽期服務(wù)。 |
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Web3D |
對計算機(jī)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)而言，引入Web3D內(nèi)容必將達(dá)到很好的在線教育效果。 |
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電商 |
電子商務(wù)對實體店的沖擊已經(jīng)眾所周知，如今的亞馬遜、京東和淘寶等等的實體店甚至免費(fèi)贈送VR配套設(shè)備的手段，吸引越來越多的客戶。 |
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廣告 |
除了房地產(chǎn)展示用途外，跨行業(yè)的藝術(shù)廣告結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)也能夠為廣告行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 |
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能源 |
在能源的開采和開發(fā)中如果運(yùn)用三維虛擬技術(shù)不但能夠?qū)崿F(xiàn)龐大數(shù)據(jù)的有效管理，還能夠創(chuàng)建一個具有高度沉浸感的三維虛擬環(huán)境，滿足企業(yè)對石油礦井、電力、天然氣等高要求、高難度職位的培訓(xùn)要求，有效提高員工的培訓(xùn)效率，提升員工的業(yè)務(wù)素質(zhì)。 |
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生物 |
在生物力學(xué)領(lǐng)域利用虛擬仿真技術(shù)研究和表現(xiàn)生物力學(xué)，不但可以提高運(yùn)動物體的真實感，滿足運(yùn)動生物力學(xué)專家的計算要求，還可以大大節(jié)約研發(fā)成本，降低數(shù)據(jù)分析難度，提高研發(fā)效率。這一技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于外科醫(yī)學(xué)、運(yùn)動醫(yī)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、人體工學(xué)、創(chuàng)傷與防護(hù)學(xué)等領(lǐng)域。 |
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醫(yī)學(xué) |
康復(fù)訓(xùn)練包括身體康復(fù)訓(xùn)練和心理康復(fù)訓(xùn)練，是指有各種運(yùn)動障礙（動作不連貫、不能隨心所動）和心理障礙的人群，通過在三維虛擬環(huán)境中做自由交互以達(dá)到能夠自理生活、自由運(yùn)動、解除心理障礙的訓(xùn)練。 |
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娛樂 |
由于在娛樂方面對VR的真實感要求不是太高，故近些年來VR在該方面發(fā)展為迅猛。如芝加哥城市開放了世界上第一臺大型可供多人使用的VR娛樂系統(tǒng)，其主題是關(guān)于3025年的一場未來戰(zhàn)爭；英國開發(fā)的稱為“Virtuality”的VR游戲系統(tǒng)，配有HMD，也大大增強(qiáng)了真實感。 |
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軍事 |
利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行軍事演習(xí)和模擬訓(xùn)練不失為節(jié)省成本的有效方式。 |
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航天 |
將軍事與航天工業(yè)相結(jié)合也為VR提供了廣闊的應(yīng)用前景。比如，可以利用VR技術(shù)，模擬零重力環(huán)境，代替非標(biāo)準(zhǔn)的水下訓(xùn)練宇航員的方法。 |
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考古 |
利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以將文物的展示、保護(hù)提高到一個嶄新的階段。例如將文物實體通過影像數(shù)據(jù)采集手段，建立起實物三維或模型數(shù)據(jù)庫，保存文物原有的各項型式數(shù)據(jù)和空間關(guān)系等重要資源，實現(xiàn)瀕危文物資源的科學(xué)、高精度和永久的保存。 |
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教育 |
虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，如建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等，在廣泛的科目領(lǐng)域提供無限的虛擬體驗，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程。親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動的灌輸，有本質(zhì)的差別。 |
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游戲 |
電腦游戲自產(chǎn)生以來，一直都在朝著虛擬現(xiàn)實的方向發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的終目標(biāo)已經(jīng)成為三維游戲工作者的崇高追求。從初的文字MUD游戲，到二維游戲、三維游戲，再到網(wǎng)絡(luò)三維游戲，游戲在保持其實時性和交互性的同時，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加強(qiáng)。 |
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商業(yè) |
VR技術(shù)在電子商務(wù)方面的運(yùn)用只是商業(yè)的一角，比如旅行社可以利用虛擬軟件模擬名山大川的種種場景，吸引游客的同時，也給客戶帶來身心的愉悅感。 |
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工業(yè) |
在汽車工業(yè)開發(fā)汽車整個過程，全面采用了計算機(jī)輔助技術(shù)，在轎車開發(fā)的造型、設(shè)計、計算、試驗直至制模、沖壓、焊接、總裝等各個環(huán)節(jié)中的計算機(jī)模擬技術(shù)聯(lián)為一體的綜合技術(shù)，使汽車的開發(fā)、制造都置于計算機(jī)技術(shù)所構(gòu)造的嚴(yán)格的數(shù)據(jù)環(huán)境中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，大大縮短了設(shè)計周期，提高了市場反應(yīng)能力。 |
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應(yīng)急 |
虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)生為應(yīng)急演練提供了一種全新的開展模式，將事故現(xiàn)場模擬到虛擬場景中去，在這里人為的制造各種事故情況，組織參演人員做出正確響應(yīng)。這樣的推演大大降低了投入成本，提高了推演實訓(xùn)時間，從而保證了人們面對事故災(zāi)難時的應(yīng)對技能，并且可以打破空間的限制方便的組織各地人員進(jìn)行推演，這樣的案例已有應(yīng)用，必將是今后應(yīng)急推演的一個趨勢。 |
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房地 |
虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入房地產(chǎn)可以集影視廣告、動畫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)科技于一身，可對項目周邊配套、紅線以內(nèi)建筑和總平、內(nèi)部業(yè)態(tài)分布等進(jìn)行詳細(xì)剖析展示，由外而內(nèi)表現(xiàn)項目的整體風(fēng)格，并可通過鳥瞰、內(nèi)部漫游、自動動畫播放等形式對項目逐一表現(xiàn)，增強(qiáng)了講解過程的完整性和趣味性。 |
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裝飾 |
運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設(shè)計者可以完全按照自己的構(gòu)思去構(gòu)建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設(shè)計的效果，直到滿意為止。既節(jié)約了時間，又節(jié)省了做模型的費(fèi)用。 |
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藝術(shù) |
作為傳輸顯示信息的媒體，VR在未來藝術(shù)領(lǐng)域方面所具有的潛在應(yīng)用能力也不可低估。VR所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術(shù)（如油畫、雕刻等）轉(zhuǎn)化為動態(tài)的，可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術(shù)。 |
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地理 |
重現(xiàn)城市建筑及街區(qū)景觀，用戶在顯示屏上可以很直觀地看到生動逼真的城市街道景觀，可以進(jìn)行諸如查詢、量測、漫游、飛行瀏覽等一系列操作，滿足數(shù)字城市技術(shù)由二維GIS向三維虛擬現(xiàn)實的可視化發(fā)展需要，為城建規(guī)劃、社區(qū)服務(wù)、物業(yè)管理、消防安全、旅游交通等提供可視化空間地理信息服務(wù)。 |
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交通 |
軌道交通的仿真程序可以運(yùn)用三維虛擬與仿真技術(shù)模擬出從軌道交通工具的設(shè)計制造到運(yùn)行維護(hù)等各階段、各環(huán)節(jié)的三維環(huán)境，用戶能在該環(huán)境中可以“全身心的”投入到軌道交通的整個工程之中進(jìn)行各種操作，從而拓展相關(guān)從業(yè)人員的認(rèn)知手段和認(rèn)知領(lǐng)域，為軌道交通建設(shè)的整個工程節(jié)約成本與時間，提高效率與質(zhì)量。 |
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社區(qū) |
通過虛擬現(xiàn)實展示結(jié)合Web3D技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的VR虛擬空間展示，從而構(gòu)建一個三維場景，人能以第一視角在其中穿行。場景和控制者之間能產(chǎn)生交互，加之高質(zhì)量的生成畫面使人產(chǎn)生身臨其境的感覺。對于虛擬展廳、建筑房地產(chǎn)虛擬漫游展示，提供了解決方案。如果是建立一個多用戶而且可以互相傳遞信息的環(huán)境，也就形成了所謂的虛擬社區(qū)。 |
5 當(dāng)下流行的產(chǎn)品
時下的VR產(chǎn)品就像當(dāng)年剛剛出現(xiàn)的手機(jī)產(chǎn)品一樣，呈現(xiàn)出各個公司企圖在新“藍(lán)海”領(lǐng)域展開新一輪的產(chǎn)品市場爭奪戰(zhàn)。VR以其“沉浸性、交互性、想象性”三大特質(zhì)，終帶來了“交互內(nèi)容的革新、交互方式的革新、交互效果的革新”。
圖 4 VR產(chǎn)品特性
下面列舉出幾大家的產(chǎn)品，對于很多的新秀公司暫時不做描述。
5.1 微軟產(chǎn)品Hololens
首當(dāng)其沖當(dāng)屬微軟公司的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品，定位為全球的VR虛擬現(xiàn)實設(shè)備。
圖 5 微軟公司的增強(qiáng)現(xiàn)實產(chǎn)品
5.2 暴風(fēng)魔鏡產(chǎn)品系
據(jù)暴風(fēng)魔鏡官方網(wǎng)站，暴風(fēng)魔鏡定位為全球的VR虛擬現(xiàn)實設(shè)備。在暴風(fēng)魔鏡官方線上銷售平臺上已推出了暴風(fēng)魔鏡(1代、2代、3代、4代)，小魔鏡，魔眼，手工版魔鏡等產(chǎn)品(見官網(wǎng))。
圖 6 暴風(fēng)魔鏡公司的VR系列產(chǎn)品
5.3 騰訊的VR平臺
2015年的12月21日下午，騰訊在北京舉行的Tencent VR開發(fā)者沙龍上正式公布了Tencent VR SDK及開發(fā)者支持計劃，首次系統(tǒng)的闡述了騰訊在虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的規(guī)劃。
當(dāng)前市場上流行的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品包括以O(shè)culus VR為代表的PC主機(jī)、以索尼PS VR為代表的游戲主機(jī)及以三星Gear VR為代表的移動設(shè)備3種方案。前兩者的優(yōu)勢在于較高的性能，但受限于使用場景和價格;后者的優(yōu)勢則在于低成本和便攜性，但在性能、散熱等問題上有較大的阻礙。按照騰訊的規(guī)劃，Tencent VR聲稱同時支持上述3種產(chǎn)品形態(tài)。
圖 7 騰訊公司的VR平臺產(chǎn)品
5.4 HTC的VR產(chǎn)品
采用Android系統(tǒng)的傳統(tǒng)廠商HTC率先推出了HTC VIVE的產(chǎn)品解決方案。
圖 8 騰訊公司的VR平臺產(chǎn)品
5.5 三星的 VR產(chǎn)品
Gear VR又名三星Gear VR，是三星推出的一款VR頭顯(虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示器)，三星將這款初代產(chǎn)品命名為“創(chuàng)新者版”，軟件和游戲部分很多都是技術(shù)演示，而不是消費(fèi)類的產(chǎn)品。
新一代的Gear VR是三星和VR設(shè)備領(lǐng)頭羊Oclulus共同設(shè)計的。相比于此前推出的版本，新一代的Gear VR要輕上19%，僅有318克重。此外還擁有一個全新設(shè)計的觸控板，并且在設(shè)計上更符合人體工程學(xué)，佩戴也將更為舒適。
圖 9 三星的全景攝像頭和Gear VR產(chǎn)品
5.6 臉譜VR產(chǎn)品
傲庫路思(Oculus) VR作為美國的一家高科技企業(yè)，也是臉譜(facebook)曾經(jīng)收購的一家公司。
在 2012 年的夏天，Oculus宣布發(fā)布Rift產(chǎn)品，為視頻游戲設(shè)計的虛擬現(xiàn)實耳機(jī)和創(chuàng)建資金發(fā)展的啟動戰(zhàn)略。產(chǎn)品證明是成功的并且兩個預(yù)生產(chǎn)模型被公布于眾: 開發(fā)工具包1 和 2。在 2016 年 3 月 28 日發(fā)布的消費(fèi)產(chǎn)品設(shè)計令人耳目一新，包括集成的耳機(jī)和紅外 LED 傳感器。
圖 10 臉譜的Oculus VR產(chǎn)品
5.7 谷歌的VR產(chǎn)品
跟Oculus跟比，谷歌發(fā)布了有趣的簡易3D眼鏡，戲稱紙箱(Card Board)。盡管產(chǎn)品成本可以壓縮到低，但還是有弊端的，因為這軟件是離不開手機(jī)App上的，只能使用手機(jī)觀看電影，體驗還不是很全面。另外對手機(jī)屏幕也有要求，2K屏當(dāng)然好，但這只是第一代的玩笑產(chǎn)品，誰都可以做，相信谷歌會做出更加完美的谷歌紙盒，靜靜等待未來吧。與第一代 Cardboard 相比，Cardboard 2.0 在功能上并沒有太大的變化，但隨著手機(jī)尺寸越來越大，Cardboard 2.0 在外形上倒是變大了，如今可以放下 6 英寸的手機(jī)。除此之外，Cardboard 2.0 還添加了一個按鈕，你可以通過這個按鈕來操控放在紙板殼里的手機(jī)。
圖 11 谷歌探索性VR產(chǎn)品
2016谷歌I/O大會上，推出了一款基于Android操作系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(VR)平臺——Daydream(白日夢)。谷歌Daydream平臺于今年秋季隨Android N一同發(fā)布。Daydream是谷歌在推出紙板VR眼鏡Cardboard之后進(jìn)軍虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的繼任者。
圖 12 谷歌進(jìn)化的VR產(chǎn)品
5.8 索尼的VR產(chǎn)品
PlayStation VR是由索尼公司研發(fā)的一款虛擬現(xiàn)實頭戴顯示設(shè)備，早在2014年的游戲開發(fā)者大會上正式公布，初期代號Project Morpheus(夢神)，后正式更名為PlayStation VR(簡稱PS VR)。是專門針對旗下PlayStation 4主機(jī)設(shè)計和使用的頭戴式VR設(shè)備，配有5.7英寸顯示屏，支持1080P、120FPS以及近100度視角。內(nèi)置加速器、陀螺儀等感應(yīng)器，能夠精準(zhǔn)的追蹤頭部的運(yùn)動以及方向，從而在玩家眼中呈現(xiàn)一個真實動態(tài)的虛擬世界。
圖 13 索尼的 PSVR產(chǎn)品
5.9 高通的VR產(chǎn)品
在今年的IFA 2016電子展上，高通給我們帶來了一款一體機(jī)VR設(shè)備，名為 Snapdragon VR820，正如名字顯示的那樣， Snapdragon VR820搭載有高通驍龍820處理器。
硬件方面，Snapdragon VR820配備有兩塊AMOLED屏幕，1440x1440分辨率，70Hz刷新率，雙前置攝像頭和四個麥克風(fēng)，支持主動降噪技術(shù)。Snapdragon VR820的雙前置攝像頭能夠?qū)崿F(xiàn)空間追蹤和手勢追蹤功能，而這一切都不需要外部傳感器和硬件。
圖 14 高通的VR產(chǎn)品
此外，還有其它有潛力的大家尚沒有推出對應(yīng)的產(chǎn)品，比如蘋果公司，nVidia公司和英特爾公司等等，讓我們拭目以待。
6 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的市場潛力
盡管目前VR/AR行業(yè)都處于起步階段，但整個市場未來增長潛力巨大。根據(jù)Digi Capital預(yù)測至2020年，全球AR與VR市 場規(guī)模將達(dá)到1500億美元，而根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)BI Intelligence的統(tǒng)計，2020僅年頭戴式VR硬件市場規(guī)模將達(dá)到28億美 元，未來5年復(fù)合增長率超過100%。
圖 15 的產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)估
圖 16 市場的預(yù)估
7 結(jié)論
虛擬現(xiàn)實是多種計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，涵蓋了硬件的CPU/GPU及算法、計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)仿真技術(shù)、計算機(jī)多媒體技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)感知技術(shù)和人-機(jī)接口等眾多計算技術(shù)于一身。讀者通過本篇技術(shù)文章的學(xué)習(xí)，能夠?qū)Ξ?dāng)前市場產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀有個快速全面的了解，為進(jìn)一步深入該領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)。
供讀者參考資料：
[1] 2017-2021年虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測報告 (市場調(diào)研好書)
[2] 工信部發(fā)布的參考《虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書5.0》
[3] //www.woshipm.com/evaluating/435314.html
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_HoloLens
[5] https://www.qualcomm.com/news/snapdragon/2016/09/01/new-era-virtual-reality-snapdragon-vr820-reference-platform
[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_reality
[7] https://www.playstation.com/en-us/explore/playstation-vr
[8] //www.mojing.cn
[9] //vr.qq.com
[10] https://www.vive.com/cn/product
[11] //www.samsung.com/us/explore/gear-vr
[12] https://www.oculuschina.com.cn/zh-cn/rift
[13] https://en.wikipedia.org/wiki/Oculus_VR
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