分析虛擬現實技術的應用現狀及發展

　　摘要：隨著社會生產力不斷提升，各種新興的技術開始不斷涌現，其中虛擬現實技術在現階段獲得了極大的發展空間。該技術可以讓用戶應用計算機建立一個三維的立體動態虛擬環境，在此環境中可以實現用戶之間的活動與交流。為更好促進虛擬現實技術在后續的發展與應用，文章介紹了虛擬現實技術的應用現狀，并且提出相應的發展對策，期望能夠為相關人員提供參考。

　　關鍵詞：虛擬現實技術;應用現狀;發展研究;對策;

　　《成都信息工程學院學報》(雙月刊)創刊于1986年，由成都信息工程學院主辦。是中國科技核心期刊，是立足本校、面向國內外科技工作者的學術期刊。

　　隨著信息技術不斷發展，在各行各業都得到廣泛的應用�，F階段，人們可以通過電視、手機等通訊設備，及時獲取自己想要的信息。但是部分信息在獲取的過程中比較抽象，人們不能直接對其進行理解、應用，為解決這種問題，虛擬現實技術應運而生。人們可以利用其人機交互的能力，對虛擬世界中的對象進行感知與操作，更好地對其進行理解、掌握。因此，文章對虛擬現實技術的應用現狀及發展的研究分析，具有重要的現實意義。

　　1 虛擬現實技術的概念內涵

　　在現代科技的蓬勃發展過程中，虛擬現實技術具有獨特的性質，能夠依托各種先進的電子信息技術，以計算機設備為運行平臺，創建先進的立體虛擬空間。虛擬現實技術的綜合應用，能夠為用戶提供更加廣闊的使用空間，能夠使其獲得更加直觀的體驗感，方便對虛擬空間的各項操作，實現模擬體驗的最佳化。環境模擬、感知、自然技能以及傳感器設備等內容構成了虛擬現實技術的有效應用。其中，環境模擬技術能夠呈現出三維立體圖像，并且質量非常高。感知是指虛擬現實對人處于理想狀態的感知能力。

　　2 虛擬現實技術特征及其系統的關鍵技術

　　現階段，虛擬現實技術可以為用戶提供各種直觀、自然的實時功能，達到交互效果，是減少用戶工作量并提高整體系統效率的一種先進的接口應用。因此，虛擬現實技術具有以下幾個重要特性。

　　2.1 多感知性

　　除視覺的感知外，所謂的多種感官誘發引導物質還包括對聽覺、力量、觸覺和體育運動的感知，甚至是味覺和嗅覺。

　　2.2 存在感

　　存在感也可以稱為現場感，它能夠直觀呈現出一個用戶在這種模擬情景中作為一個主角所能夠體驗到的現實性和虛幻化程度。其中，模擬技術應用于理想的仿真環境中，可以達到用戶難以區別真假的程度。

　　2.3 交互性

　　用戶可以通過自定義的一個模擬環境中物體對象的可操控程度和其他物體對于真實環境的各種自然回應程度，使用戶在一個虛擬環境中感受到真實的環境感覺。

　　2.4 自主性

　　自主性技術是指一個物體在虛擬環境中按照一定的物理規律正常運行的能力水平，在虛擬現實系統中核心技術主要有動態環境仿真技術、實時三維立體圖形技術等。其中，動態環境建模技術的研究目標之一就是根據實際應用場景需求來獲取現實環境中的三維立體數據，并通過所獲得的三維立體數據來制作合適的現實環境模型。三維立體技術的核心就是實時創造，其中立體化的顯示及觸控技術是虛擬現實中交互的核心。

　　3 虛擬現實技術應用現狀

　　3.1 國外虛擬現實發展現狀

　　3.1.1 在美國的研究現狀

　　美國是虛擬現實技術研究的發源地，目前大部分研究機構都位于美國，其中艾姆斯研究中心有很多關于虛擬現實的研究成果。早在1981年，該學院研究中心就已經針對虛擬視覺環境映射系統項目的應用進行了深入的研究，然后開發了關于虛擬接口和界面環境映射系統的工作站。艾姆斯實驗室目前正在投入運行一個被稱為探索虛擬星球的測試項目，這個測試項目允許設備能夠利用其虛擬的環境去探索遙遠的太陽系和地球。另外，波音公司已經開始使用虛擬現實技術，波音777運輸機在其設計的生產過程中已經大量實現了無紙化，而且還使用自己研究和開發的虛擬現實系統把虛擬環境與真實的環境進行了重新疊加，在虛擬的模板上展示出所有需要生產和加工的零配件。工人可以依靠模板來控制替代加工方法的尺寸，從而極大簡化替代加工的操作過程。

　　3.1.2 在歐洲的研究現狀

　　在歐洲，英國布里斯托爾公司設計和開發的DVS軟件系統被認為是一種比某些標準化操作系統環境更優越的軟件系統。該公司也為客戶提供預DVS語言的編輯環境，在這類語言中，虛擬現實可以劃分為三類：真實環境定義、虛擬環境管理以及虛擬環境顯示。每個類型都有一個門驅動模型，DVS軟件強制每個驅動程序都要執行不同的任務。英國在虛擬現實技術的研究和開發上，在某些方面一直都處于歐洲領先水平，尤其是分布式并行處理、配件開發、觸感反饋及其應用等。

　　3.1.3 在日本的研究現狀

　　日本對虛擬現實技術的開發也在其他相關領域的科學研究中起到重要作用，其在構建虛擬知識庫以及虛擬現實網絡游戲等各個環節上都取得了長足的進步。東京大學原島實驗室對人臉表情提取、三維立體結構判定以及三維立體形狀圖像表示進行了研究。東京大學精密與智能實驗室正在研究一種名為便箋存儲器地址寄存器的人性化接口，該接口可以被用來創建三維立體模型。

　　3.2 我國虛擬現實技術的現狀

　　在虛擬現實技術的不斷發展中，我國也開始對該技術加以關注。在十三五規劃中就有關于該技術的明確規定，國家將積極扶持虛擬現實等新興技術領域，并且不斷增加新興產業的發展，加大科學技術的持續創新，這無疑給虛擬現實技術創造更多的機遇。隨之，資本市場上涌現各種關于虛擬現實技術的學習會和媒體報道。市場的活躍程度、人氣和受關注率得到提高，預示著該技術將在不遠的將來迎來行業發展的春天，能夠在競爭激烈的市場環境中占據一席之地。另外，虛擬現實技術并不是近幾年才開始出現的一種技術。根據相關數據顯示，研究工作者于1980年代就已經提出先進的技術理論和概念，但在當時的商業環境中并未受到太多關注。Facebook在2014年7月宣布以20億美元的價格收購Oculus,使虛擬現實技術重新回到大眾視野內，該收購行為還被外界視為未來買單的舉措，該技術也向公眾展示出更重大的進步和發展。在收購事件后，虛擬現實技術的受眾和產品種類空前增長，以該技術為核心的市場規模開始進入全面發展階段。

　　至2020年，以虛擬現實技術為依托的市場進入成熟階段，其發展前景不容忽視。虛擬現實產業未來的發展，有賴于產業自身軟硬件的正確配置，從而真正形成虛擬現實產業系統化、自然的產業鏈。虛擬現實行業各種新的制作方式和思路的出現，很大程度上契合了大型游戲團隊服務團隊的特點和用戶服務內容的需求。就實際開發而言，在虛擬現實行業具有良好前景的游戲開發團隊，無疑是一支擁有高水平IP資源和廣泛受眾的龐大游戲開發團隊。同時VR技術是一個高投資、高復雜度的高科技領域。

　　與國外一些先進國家相比，我國在虛擬現實技術的研究仍然處于發展的初級階段，還需要不斷進行各種研究來豐富實驗成果，以便更好為該技術提供更多的發展。經過試驗分析，該技術的研究和應用能夠加強分布式系統的應用，為虛擬環境的創建和虛擬場景的開發提供支撐作用。為此，國內多家科研院所和高校積極研究和推廣該技術，現階段已經取得一定的效果。

　　4 虛擬現實技術發展中的不足

　　4.1 行業發展迅速而雜亂，市場規范缺失

　　隨著虛擬現實技術的飛速發展，虛擬現實幾乎與所有行業都有重疊。隨著行業的快速發展，也出現許多虛擬現實技術被濫用的狀況。由于行業標準和監督機制的嚴重缺失，產品質量參差不齊，很多價格低廉的虛擬現實技術產品盛行，市場制度混亂。一些對劣質素材沒有進行深度研究的高級素材，特別是VR教育領域，直接針對低年級用戶。這無助于我國虛擬現實技術和產業發展，甚至會引起一些社會問題。

　　4.2 相應配件生產率低，技術存在不足

　　在虛擬現實產品行業，兩大芯片分別是高分辨率微顯示器和低功耗、高性能的計算機芯片。目前，索尼、kop-in等國內廠商已經成為高清微顯芯片的主要生產商，而京東方等與這些高清微顯芯片相比還有一定的技術水平和優勢。在高性能的計算機芯片領域，高通、英偉達等具有強大優勢，國內廠商很難與之抗衡。此外，HTC、索尼、惠普和三星目前在虛擬現實產品行業的主要虛擬現實中也有很大的市場份額。本土知名品牌如果缺乏這樣的基本設備，會使我國虛擬現實產品在行業內處于劣勢，錯失了制定相應的國際產品標準及其市場規律的契合點。在軟件設計方面，三維立體引擎本身就是VR技術的重要核心，引擎被認為是各種技術和工具的結合，受到了大量有經驗的發動機設計師的影響，因此，只有通過努力積累才能夠制作和設計生產出完美的新型引擎。相比于在硬件層次上國產原創性設備受眾群體偏少，導致國產軟件基礎平臺的應用處境也不容樂觀。目前在所有面向社會公眾開放、用于VR技術研究和開發的全球性主流軟件導航器引擎中，幾乎沒有一款是屬于國內的。在這種情況下，國內沒有適用的基礎平臺，僅依靠國外的先進技術，不利于國內VR產業的發展。

　　4.3 VR技術引發的健康問題被忽視

　　現階段，隨著科學技術不斷發展，虛擬現實技術也開始走進人們的生活，該技術的用戶群體開始越來越年輕化。隨著虛擬現實技術不斷發展與完善，用戶沉浸在虛擬現實中的時間越來越長。由于缺乏研究數據，學術界關于長期使用沉浸式虛擬現實的健康后果還沒有普遍接受的結論，人們無法準確評估這一問題帶來的潛在威脅。由于VR技術帶來的是全新產品，制造商在人體工程學等方面也缺乏設計專業知識，這進一步加劇長時間佩戴和使用設備帶來的健康風險。同時需要注意的是，通過設計和技術優化，VR眼鏡可以成為超越"自然"維度的醫療產品。在日常教育和生活中適當使用，可以降低青少年近視的發生率。然而，由于目前虛擬現實眼鏡制造商對"健康"主題的認識不足，這一潛力尚未得到充分挖掘。公眾對VR產品在健康問題的認識，主要來源于與智能手機類電子設備的比較，對VR設備健康問題存在憂慮。

　　5 發展趨勢

　　從市場上的幾個典型事例，可以看到目前虛擬現實技術及產業發展的一些趨勢。

　　5.1 虛擬現實產品成為發展主流

　　在科技不斷進步的今天，各行各業對于VR頭戴式顯示器的需求越來越大。根據互聯網數據中心預測數據進行分析，2018年該產品的銷量從前一年的800萬臺增長到1 200萬臺，并且在接下來的連續五年平均增速為50%左右。按照預測速度，預計到2022年，虛擬現實和增強現實的設備交付量將達到6 800多萬臺。隨著需求量的成倍增長，當初的虛擬現實硬件供應商已經從一家小公司成長為一家商業巨頭。例如，目前生產技術過硬的制造廠商有HTC、索尼、三星等。另外，國外的微軟公司已經在其操作系統中預裝進VR頭顯的混合現實門戶程序，使所有支持微軟標準的VR頭顯都可以與電腦設備進行連接并使用，大大降低VR設備使用的門檻。

　　5.2 VR市場得到業界認可，核心器件廠商正式跟進

　　虛擬現實中核心的顯示器元件與移動電腦計算芯片，一直以來都是制約VR行業發展最為重要的兩大技術問題。這不僅僅是因為當前的VR技術的不夠成熟，沒有完善，更是因為之前VR市場的容量比較小�，F階段，在人工智能計算機芯片領域，高通已經發布了一款專門針對VR應用進行優化的845芯片。這種先進的芯片可以為運行系統提供先進的集成式顯示信號處理技術，并且可以大幅度提升圖像性能，能效比高達30%,同時還能夠達到使用超過顯示接口的數據傳輸速度兩倍以上。同時，為滿足VR技術在應用中的需求，進一步將圖形渲染和視覺跟蹤技術進行緊密結合，使其能夠支持室內空間定位的全方位的自由度，便可以在所處的虛擬現實的環境中進行自由移動。這一系列的新聞事件都標志著，VR的巨大市場潛力已經得到整個產品制造行業的重視和認可。與此同時，這些主要芯片制造商的問題出現也能夠解決現有的配套設備的相關問題。例如耳機尺寸、性能與可用程度之間的問題�？梢灶A見，VR頭顯將在三年內進行一次重大的技術更新，將VR產業水平提高至一個全新的市場層次。

　　6 結論

　　綜上所述，目前對虛擬現實技術的研究僅限于計算機接口功能的擴展以及人類感知系統、肌肉和計算機的連接。人腦中數據的存儲和處理已成為人類認識客觀世界的重要過程，只有認真對待這些問題并想辦法解決它們，才能徹底縮小人與信息處理系統之間的差距�？梢云诖�虛擬現實系統成為強大的多維信息處理系統，能夠更好地幫助用戶進行思考和設計，進一步成為深化現有概念和獲取新概念的有力工具。

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