VR(虛擬現(xiàn)實(shí))是什么

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編輯導(dǎo)語:隨著VR技術(shù)的逐步成熟,VR也開始滲透進(jìn)人們的生活中。如果問你VR是什么,可能大多數(shù)人回答“虛擬現(xiàn)實(shí)”。那什么是虛擬現(xiàn)實(shí)呢?它又能用來做什么?一起來看一下吧。

VR(虛擬現(xiàn)實(shí))作為一個(gè)概念提出已經(jīng)很久,在各種科幻作品中都能看到它的身影,但作為實(shí)實(shí)在在的應(yīng)用,真切地走進(jìn)人們的日常生活,可以說還是一個(gè)時(shí)髦的新事物。

這些年VR(虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)逐步成熟,應(yīng)用場(chǎng)景日益豐富,開始在各個(gè)方面滲透到人們的生活中,但是你真的了解虛擬現(xiàn)實(shí)嗎?它到底是什么,能用來做什么。

這一期先嘗試初步從定義和原理方面簡(jiǎn)單介紹下虛擬現(xiàn)實(shí)。

一、VR定義

如果身邊人問你什么是VR,可能大多數(shù)人會(huì)回答“虛擬現(xiàn)實(shí)”,因?yàn)閂R全稱是Virtual Reality。

那什么是虛擬現(xiàn)實(shí)?通俗來講就是通過各種技術(shù)在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建一個(gè)虛擬世界,用戶可以沉浸其中,使用視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等感覺來感知這個(gè)虛擬世界,并能與其中的場(chǎng)景、物品、甚至虛擬人物等進(jìn)行交互。

這是我能想到的比較完整的定義,因?yàn)樗旧险f清楚了虛擬現(xiàn)實(shí)的三個(gè)重要特征:

1. 沉浸性

這個(gè)特性首先是指用戶帶上VR頭顯,遮住視線,看不到現(xiàn)實(shí)世界,只能看到計(jì)算機(jī)生成的畫面。 其次VR頭顯凸透鏡放大人眼看到的即時(shí)圖像范圍,產(chǎn)生90~120度范圍視野,這樣的視野大概和三通道的環(huán)幕投影系統(tǒng)產(chǎn)生的效果差不多,人眼被干擾的可能性大大降低。

再次頭顯中左右眼每一個(gè)時(shí)刻看到的圖像是不一樣的,從而產(chǎn)生很強(qiáng)的立體縱深感。

另外當(dāng)人轉(zhuǎn)動(dòng)頭部時(shí),頭顯上陀螺儀能夠及時(shí)通知圖像生成引擎更新實(shí)時(shí)畫面,讓人感覺自己在看一個(gè)環(huán)繞的虛擬空間,從而產(chǎn)生360度三維空間感。

2. 交互性

用戶能夠像在現(xiàn)實(shí)世界中“待人”“接物”一樣,在虛擬世界中行走、跑、跳、蹲下、站起、抓取、投擲、釋放、對(duì)話等等。

目前虛擬現(xiàn)實(shí)中一般通過穿戴設(shè)備進(jìn)行交互,例如手柄、手套、貼片、腦機(jī)接口等。也有其他自然交互方式:例如語言識(shí)別、簡(jiǎn)單的手勢(shì)識(shí)別等。

目前虛擬現(xiàn)實(shí)中的交互技術(shù)處在不斷探索改進(jìn)中,交互起來并不自然。

3. 多感知性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目標(biāo)是為了盡可能呈現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)世界一致的感官體驗(yàn)。

1)視覺

利用逼真的人物、物品、場(chǎng)景制作與渲染技術(shù),獲得以假亂真的視覺體驗(yàn)。

利用最先進(jìn)的畫面捕捉技術(shù)、體感控制技術(shù)以及畫面渲染技術(shù)塑造的虛擬人物。

2)聽覺

利用聲場(chǎng)重建、共振音頻等技術(shù)模擬復(fù)雜的空間聲場(chǎng)產(chǎn)生與現(xiàn)實(shí)世界相同的聲場(chǎng)效果。

3)觸覺

目前主流產(chǎn)品通過手柄震動(dòng)提供觸覺反饋,也有一些專業(yè)手套設(shè)備,通過向手指、手掌施加作用力,提供觸覺反饋。

再比如一些電子皮膚貼片通過振動(dòng)力度和頻率來反饋,還有比如腦機(jī)接口使用生物監(jiān)測(cè)以及腦電信號(hào)處理技術(shù)提供免提交互等。

4)嗅覺

目前也有公司和團(tuán)隊(duì)在研究VR氣味,但這個(gè)維度目前還存在門檻,離在安全的情況下全面擬真還有不小的距離,并在用戶體驗(yàn)上也存在尺度把握和適應(yīng)性問題。

左側(cè)是 Feel Real VR Mask 氣味面具,可以外接到頭盔上,為某些場(chǎng)景提供氣味沉浸;右側(cè)的 Tesla Suit 觸感套裝,包括觸覺反饋、動(dòng)作捕捉、氣候控制和生物反饋系統(tǒng)。

它的觸覺反饋系統(tǒng)基于經(jīng)皮電神經(jīng)刺激和電肌肉刺激,借助肌肉電脈沖技術(shù),以生物電的形式來將感覺由神經(jīng)系統(tǒng)傳到大腦。

這個(gè)套裝基本上滿足了觸覺反饋的兩個(gè)維度:力反饋(感知物體形狀,重量,硬度等)、觸感反饋(感知物體紋理,粗糙度,冷熱等),從而使用戶可以更加切身的體驗(yàn)虛擬世界(這些設(shè)備目前也普及不了,原因肉眼可見,就不展開說了)。

現(xiàn)在有很多人把VR與3D技術(shù)混為一談,把3D電影,3D游戲,3D指揮中心、3D展館等等都理解為虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用,相信通過以上特性可以看出明顯的不同了吧。

二、運(yùn)行原理

VR概念其實(shí)早在1935年小說家溫鮑姆的著作《皮格馬利翁眼鏡》中就已提出,產(chǎn)品也是經(jīng)過幾十年歷史一代代人完善與發(fā)展,近些年產(chǎn)品迭代速度加快。

比較標(biāo)志性的事件有谷歌2014年推出Cardboard,將VR終端設(shè)備小型化,之后三星GearVR、國(guó)內(nèi)暴風(fēng)魔鏡等各種眼鏡盒子(這些都算不上真正的VR設(shè)備),2016年HTC推出劃時(shí)代的VR設(shè)備HTC VIVE,算是初步體驗(yàn)到虛擬世界,再之后VR設(shè)備出現(xiàn)百花齊放的格局,什么PS VR、RIFT/QUEST、Valve Index、PICO等等。

那么這些VR設(shè)備到底是如何運(yùn)行的呢,了解它的運(yùn)行原理有助于我們更好地理解虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品。由于在VR設(shè)備是綜合運(yùn)用各種技術(shù)完成虛擬內(nèi)容的呈現(xiàn),這里簡(jiǎn)單下描述其中涉及部分內(nèi)容,后期找時(shí)間可以對(duì)其中主要技術(shù)展開介紹。

首先是需要制作生成虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容,不管是游戲、視頻、還是行業(yè)應(yīng)用,都是要綜合使用各種軟件工具對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研、分析、設(shè)計(jì)與開發(fā)完成。主要包括:建模、貼圖、動(dòng)畫制作、導(dǎo)入開發(fā)引擎、音效、圖形界面、燈光、特效,編寫交互代碼、發(fā)布優(yōu)化等等過程(全景、視頻的制作流程不太一樣)。

一個(gè)典型的VR團(tuán)隊(duì)需要內(nèi)容策劃師、美術(shù)、建模工程師、音效制作人員、動(dòng)畫師、特效制作人員、開發(fā)人員、測(cè)試等角色,其中各個(gè)角色還可以進(jìn)一步細(xì)分,例如建模工程師還可以細(xì)分為原畫設(shè)計(jì)師、角色設(shè)計(jì)師、場(chǎng)景師、動(dòng)漫設(shè)計(jì)師、UI設(shè)計(jì)師等等。

所以VR內(nèi)容的制作一般都需要一個(gè)團(tuán)隊(duì),每種VR應(yīng)用的開發(fā)流程不完全一致,下圖舉例:VR游戲開發(fā)的簡(jiǎn)要流程。

其次制作好的VR內(nèi)容在電腦或者一體機(jī)上運(yùn)行起來,需要將每一幀的畫面?zhèn)鬏斀o頭顯設(shè)備,展示出來,這就需要顯示技術(shù)。

一般VR眼鏡為了立體成像,讓左右眼看到的圖像各自獨(dú)立分開,并且讓左右眼畫面連續(xù)交替顯示在屏幕,利用人眼視覺暫留生理特征,就可以看到立體3D圖像。具體需要通過分色、分光、分時(shí)、光柵等技術(shù),再運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)對(duì)立體成像畫面反畸變、合成、位置預(yù)測(cè)等處理才能有“真實(shí)感”。

為了提高畫面渲染效率,還要引入視點(diǎn)渲染技術(shù)。如果每一幀畫面的獲取來自網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(對(duì)于頭顯設(shè)備只負(fù)責(zé)展示畫面,不負(fù)責(zé)計(jì)算渲染的情況),那么還需要用到云計(jì)算、邊緣計(jì)算、5G等技術(shù)。

再次當(dāng)人物在虛擬場(chǎng)景中移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、抬頭、低頭、蹲下、站起等等,計(jì)算機(jī)能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)的根據(jù)新的位置信息產(chǎn)生新的畫面,就需要定位追蹤技術(shù)。

目前主流的兩種方式,一種是Outside-In方式,通過基站發(fā)射激光定位頭顯和手柄上的傳感器坐標(biāo)位置和方向等,并將數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)。計(jì)算根據(jù)這些數(shù)據(jù),判斷用戶的姿勢(shì),位置等信息,并由此生成實(shí)時(shí)畫面。

另一種是Inside-Out方式,主要根據(jù)攝像頭,傳感器(加速計(jì)、陀螺儀等)設(shè)備數(shù)據(jù),綜合運(yùn)行計(jì)算機(jī)視覺,重力、加速度等分析用戶的位置、姿勢(shì)信息,生成實(shí)時(shí)圖像(這種方式?jīng)]有基站定位)。

此外VR設(shè)備還需要根據(jù)用戶動(dòng)作指令做出響應(yīng),給予畫面反饋,或者給予物理反饋等,這就需要識(shí)別技術(shù)。例如打開門進(jìn)入新的房間,與角色人物招手、凝視,語音發(fā)出指令,槍支射擊、拉弓射箭,物品拾取等操作需要VR設(shè)備識(shí)別并反饋。

這里面要綜合運(yùn)用手勢(shì)識(shí)別(主要根據(jù)佩戴手套或手柄按鍵進(jìn)行硬件檢測(cè),也有利用計(jì)算機(jī)視覺算法計(jì)算)、語音識(shí)別、面部識(shí)別(利用面部貼片或視覺計(jì)算)、眼動(dòng)追蹤(利用視覺計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、眼部肌電信號(hào))、以及觸覺、嗅覺反饋等技術(shù)。

VR設(shè)備運(yùn)行過程中涵蓋的技術(shù)實(shí)在太多,對(duì)于大部分VR應(yīng)用開發(fā)人員來講,其實(shí)也用不上這些技術(shù),因?yàn)樵O(shè)備本身已經(jīng)為我們屏蔽底層技術(shù)細(xì)節(jié)。

但了解它的實(shí)現(xiàn)原理對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)出契合的產(chǎn)品,還是有幫助的。

 

本文由 @汪仔6026 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理,未經(jīng)作者許可,禁止轉(zhuǎn)載。

題圖來自Unsplash,基于CC0協(xié)議。

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  1. 可以加作者微信嗎

    來自廣東 回復(fù)
  2. 我感覺對(duì)我來說VR最吸引我的就是他的真實(shí)性吧,會(huì)讓我感覺真的到了某一個(gè)地方

    回復(fù)
  3. 這兩年VR不是這么火了,可能是大眾的熱情消退了吧

    回復(fù)
  4. VR我記得前些年還是蠻火的,不過由于技術(shù)限制使用體驗(yàn)不是很好,我還是挺期待的

    來自河北 回復(fù)
  5. 現(xiàn)實(shí)世界玩膩了,整整虛擬的玩,這也是一個(gè)發(fā)展的渠道方向吧

    來自江蘇 回復(fù)
  6. VR在兩三年前前景還蠻好的,有各大體驗(yàn)店,現(xiàn)在都沒剩多少了

    來自貴州 回復(fù)