虚拟现实的研究现状小结_刘艺涛博士

2021-01-15

虚拟现实的研究现状小结

1  虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术(Virtual Reality,缩写为VR)是由计算机视觉、仿真技术、人机交互等多种信息技术演变发展而来的新型计算机技术。通过将视觉与现实世界隔离开,借助显示设备,使人能够穿越沉浸于一个完全的虚拟世界。

2  虚拟现实技术的分类

VR技术主要分为桌面式、分布式、沉浸式和增强式四种[1]。

桌面式:利用计算机形成三维交互场景,通过鼠标、力矩球等输入设备交互,由屏幕呈现出虚拟环境。

分布式:将VR与网络技术相融合,在同一VR环境下,多用户之间可以相互共享任何信息。

沉浸式:借助各类型输入设备与输出设备,给予用户一个可完全沉浸,全身心参与的环境。

增强式:将虚拟现实模拟仿真的世界与现实世界叠加到一起,用户无需脱离真实世界即可提高感知。

其中,桌面式技术易实现,但缺乏体验感;分布式技术共享度高,但成本极高;沉浸式技术有良好的体验感,但对硬件、软件要求高;增强式技术体验感更完美,但起步晚。

3  虚拟现实技术的应用

目前VR技术主要应用在军事、医学、工业和教育文化方面,例如:培训与演练、规划与设计、展示与娱乐。使用百度文库,并搜索Virtual Reality关键词,得到近十年VR论文主要发表的领域及对应的文章数量,如表1。分析表1中数据可得:近3年VR技术发展重点关注在计算机、临床医学、教育学等领域,关注的具体方面如:医疗仿真培训[2]、VR算法的开发[3]、安全教育[4]等;VR技术近十年一直关注的领域为计算机科学与技术。之所以VR文章在计算机领域发表得最多,是因为VR的发展与计算机领域密不可分。目前VR技术还没达到真正的成熟,还处于发展的阶段,而VR算法的开发是VR技术发展的根本,所以对在计算机领域的发展是VR技术发展的重点。

4  虚拟现实的技术现状及未来发展

4.1 沉浸式VR技术现状[5]

沉浸式VR技术是目前VR技术的一个热点。图1内容是关于沉浸式VR正在使用的技术。如图1所示,目前76%的研究使用了高端的HMDs技术,如Oculus Rift或HTC Vive,其中许多高端VR系统使用了各种支持工具,如控制器、触控板和触觉反馈。在应用的VR技术中,有少数研究使用了低成本的移动VR技术,例如:使用智能手机和谷歌纸板作为VR环境 [6]。只有少数文章使用了增强VR技术,例如,Veronez等人使用额外的G27赛车轮来控制VR环境[7]。另外2%的文章没有具体提到VR技术。还应该指出,在一些实验中,也有同时使用两种技术,这会导致统计的论文数量比实际的偏多。总体而言,高端的HMDs技术是最常用的沉浸式VR技术。

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图1 正在使用的VR技术

4.2 虚拟现实技术发展存在的问题[8]

当前VR硬件的主要受众是企业市场,并且至今没有一个“消费级”的VR设备。而且效果也不是很好,没有足够好的操作方式,在大多数情况下都不能看到自己的手和腿,并以互动的方式使用它们,而且VR大部分时间都是针对开发者推出的。以下例举的是VR发展存在的主要问题:

(1)硬件技术不成熟

VR虚拟现实技术得到了快速发展,但是该技术的普及率不高,这不仅因为VR虚拟现实技术的成本问题,而且还涉及到硬件水平的问题。由于屏幕技术的问题导致VR技术移动体验效果不佳。相关的屏幕分辨率、刷新功率有待进一步提高。现有的VR硬件设备的水平还处在初级阶段,一些硬件设备的占地面积大,美观不足,因此不能给用户提供更加良好的质感服务。

(2)制作成本高

VR虚拟现实制作的成本较高,虽然VR虚拟现实技术中实现了硬件水平的不断突破,但是相关的软件制作跟进不足,相关软件制作的成本较高,因此当前还无法实现大规模与全面流通的效果。 由于VR虚拟现实技术的相关产品内容匮乏,内容不能有效的吸引用户的注意力,因此影响了相关产品的推广。

(3)缺乏运营机制

当前VR虚拟现实技术的开发主要以企业开发的形式为主,相关的软硬件产品的开发成本过高,使得一些中小企业未能进入相关的领域。我国VR虚拟现实技术还缺乏完善的运营管理机制,相关工作的运行速度较慢,因此影响VR技术的普及质量。当前我国VR行业相关企业还面临着严峻的外部市场竞争,这在很大程度上影响 VR虚拟现技术使用,降低VR虚拟现实技术质量。

4.3 虚拟现实技术的发展趋势[9]

基于近几年VR发展的趋势,可以判断在未来VR市场的规模将进一步扩大,并且逐步优化商业模式。在未来,VR设备将越来越便携和小型化,空间定位能力也将逐渐增强。未来VR技术可以帮助用户在有限空间内迅速将周边环境虚拟化;再结合5G网络传输能力,实现空间信息的高效传递,使VR技术达到直播的效果。那么不需人在现场,通过网络就可以进行虚拟空间的互动,传统的面授课堂将得到最大化的共享。甚至还能引申到安全领域,例如:利用VR及5G技术解决顺风车出行中驾乘人员的安全隐患的问题。

5 总结

目前VR技术主要有桌面式、分布式、沉浸式和增强式四种,这四种技术各有优缺点。近几年VR发展的应用聚焦在计算机、临床医学、教育学等领域。在热门的沉浸式VR技术中,大部分的研究使用了高端的HMDs技术。目前VR发展不成熟,还存在硬件技术不成熟、制作成本高、缺乏运营机制等问题,但由于VR有广泛的应用前景,加上未来高速发展的5G技术,可以判断VR技术在未来会融入生活的方方面面。

参考文献

[1] 徐硕, 孟坤, 李淑琴,等. VR/AR应用场景及关键技术综述[J]. 智能计算机与应用, 2017(06):31-34.

[2] Rishad, Khan, Joanne, et al. Virtual reality simulation training for health professions trainees in gastrointestinal endoscopy.[J]. Cochrane Database of Systematic Reviews, 2018.

[3] Spanlang B , Normand J M , Borland D , et al. How to Build an Embodiment Lab: Achieving Body Representation Illusions in Virtual Reality[J]. Frontiers in Robotics and AI, 2014, 1(9):9.

[4] Ekstrand C , Jamal A , Nguyen R , et al. Immersive and interactive virtual reality to improve learning and retention of neuroanatomy in medical students: a randomized controlled study[J]. Cmaj Open, 2018, 6(1):E103-E109.

[5] Richard Reading. A systematic review of interventions for children with cerebral palsy: state of the evidence[J]. Child: Care, Health and Development,2014,40(3).

[6] Ye, Q., Hu, W., Zhou, H., Lei, Z., & Guan, S. (2018). VR interactive feature of html5-based webvr control laboratory by using head-mounted display. International Journal of Online Engineering, 14(3).

[7] Veronez, M. R., Gonzaga, L., Bordin, F., Kupssinsku, L., Kannenberg, G. L., Duarte, T., et al. (2018). RIDERS: Road Inspection Driver Simulation. In 25th IEEE conference on virtual reality and 3d user interfaces, VR 2018 - proceedings (pp. 715–716).

[8] 徐振立.浅谈VR虚拟现实在我国的现状及发展趋势[J].计算机产品与流通,2020(01):157.

[9] 曹凡.国内外VR技术研发现状综述[J].中国科技信息,2019(05):36-37.