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基于虚拟现实技术特点及工作原理介绍

  随着网络的发展,越来越融入生活,进入了新的领域。今年是被公认的虚拟现实大爆发的第一年,中国的VR行业也迎来了井喷式爆发,那么,什么是虚拟现实技术?

  虚拟现实(Virtual_Reality,简称VR),是拉尼尔创建的美国PL(Jaron_Lanier)1980年之后才开始提出的。是指利用电脑模拟产生一个为人提供视、听、触等感官模拟的三维虚拟世界,用户借助特殊的输入/输出设备,与虚拟世界进行互动。

  一、VR的特点

  沉浸性:是指利用计算机产生的三维立体图像,让人置身于一种虚拟环境中,就像在真实的客观世界中一样,能给人一种身临其境的感觉;

  交互性:在计算机生成的这种虚拟环境中,人们可以利用一些传感设备进行交互,感觉就像是在真实客观世界中一样,比如:当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时,手就有握东西的感觉,而且可感觉到物体的重量;

  想象性:虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识,提高感性和理性认识,从而使用户深化概念和萌发新的联想,因而可以说,虚拟现实可以启发人的创造性思维。

  二、VR的工作原理

  1、基www.fuzhuangdian.cn础硬件

  当前VR设备可以大致分成两个类别,一是需要借助外部硬件协助运算的,比如OculusRift和HTCVive,它们需要连接一台高性能电脑才能运作。

  另一个类别则是依赖设备内置硬件完成运算的,比如PicoNeoVR一体机、大朋VR一体机,这些VR眼镜的特点是无需其他设备协助,能够完全独立工作。

  2、头部追踪

  头部追踪意味着当你头戴一款VR设备之时,你眼前的景象会随着你上下左右转动头部而改变。一套名为6DoF(sixdegreesoffreedom)将你的头部移动转化成x,y,z三个维度,来精确测量头部的前后左右移动等等动作。

  运用在头部追踪系统内的有一系列不同的内部组件,比如陀螺仪,加速计和磁力计。Sony的PSVR同样也在头盔上用到了9颗LED灯,辅以PS4上的摄像头监视提供360头部追踪,Oculus也有20颗灯,但是它们不如Sony的更有标识度。

  实现头部追踪技术必须降低延迟——我们说的低延迟是50ms或更低,让我们在移动的时候,能够感觉不到画面的异步。OculusRift将延迟降低到了30ms,让人印象深刻。降低延迟对于任何动作追踪输入的装置都是至关重要的。

  最后,耳机也能用于提高沉浸感。双耳或3D音频可以被用在应用和游戏中去,与头部追踪技术一块应用,给予穿戴者以临场音效感受。

  3、动作追踪

  相对于Cardboard似的设备而言,至今为止头部追踪依然是那些尚未正式发售的高级头盔的最大优势。但是VR领域的「大玩家」们仍然致力于开发动作追踪的功能。当你戴着VR头盔向下看的时候,你想做的第一件事肯定是看看自己的手在虚拟世界中的样子。

  我们已经见识过LeapMotion的配件——使用红外线传感器来追踪你的手部动作。我们也用Kinect2摄像头做过一些追踪全身动作的实验。但目前我们已经有的是来自Oculus,Valve和Sony的输入设备。

  OculusTouch是一套无线控制器,设计的初衷是让用户在虚拟空间里如同使用自己的手一般使用它。比如,在射击游戏中,你可以通过扣下扳机来射击。在控制器上也还有一系列的传感器阵列以识别如点按,挥手等动作。

  这和Valve的Lighthouse定位追踪系统以及HTCVive的控制器原型特别相似。它在房间里包括两个基站,并且将整个房间布满激光。它能通过你头部和手上光电管传感器相互碰撞的时机来准确地检测到你的头部和手的位置。和OculusTouch一样,它也具备有特色的物理按钮,更难以置信的是,在同一空间内用两套Lighthouse系统可以追踪多个用户。

  其他的输入方式还包括从Xbox控制器上的借鉴过来的控制器或者和PC连接起来的控制杆,语音控制,智能手套以及如VirtuixOmni一样的跑步机——它能帮助你在虚拟世界里更「优雅地」活动。

  4、眼部追踪

  眼球跟踪技术是通过追踪我们的瞳孔实现的,算法能够根据我们注视的景物来变换景深,从而带来更出色的沉浸体验。比如,伸出一极速炸金花只手指举在眼前,当我们注视着它时,手指前方的景物便会变得模糊,而当我们注视背景,手指又会变得模糊,这正是景深不同带来的变化。眼球追踪技术能够知道我们在看哪里,从而模拟景深的变化,让体验更加出色。

  三、VR未来发展方面

  随着VR硬件的不断的扩大和普及,它的应用范围也将越来越广范,之前VR技术应用于航空航天教学领域,通过仿真技术让飞行员在训练过程中获得最真实的体验。目前,VR技术已经开始在房地产销售、主题乐园行业中推广开来。今后还将用于教育、工业等领域。


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