虚拟现实

虚拟现实(VirtualReality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。该技术集成了计算机图形（CG）技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

1、定义

VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

虚拟现实

概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。

2、发展

早在60年代初，随着CAD技术的发展，人们就开始研究立体声与三维立体显示相结合的计算机系统。80年代，jaronLanier提出了"虚拟现实"VR（VirtualReality）的观点，目的在于建立一种新的用户界面，使用户可以置身于计算机所表示的三维空间资料库环境中，并可以通过眼、手、耳或特殊的空间三维装置在这个环境中"环游"，创造出一种"亲临其境"的感觉。虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化、操作以及实时交互的环境。与传统的计算机人――机界面（如键盘、鼠标器、用户界面以及流行的Windows等）相比，虚拟现实无论在技术上还是思想上都有质的飞跃。传统的人――机界面将用户和计算机视为两个独立的实体，而将界面视为信息交换的媒介，由用户把要求或指令输入计算机，计算机对信息或受控对象作出动作反馈。虚拟现实则将用户和计算机视为一个整体，通过各种直观的工具将信息进行可视化，形成一个逼真的环境，用户直接置身于这种三维信息空间中*地使用各种信息，并由此控制计算机。

3、特点

VR艺术是伴随着“虚拟现实时代”的来临应运而生的一种新兴而独立的艺术门类，在《虚拟现实艺术：形而上的终极再创造》一文中，关于VR艺术有如下的定义：“以虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等人工智能技术作为媒介手段加以运用的艺术形式，我们称之为虚拟现实艺术，简称VR艺术。该艺术形式的主要特点是超文本性和交互性。”作为现代科技前沿的综合体现，VR艺术是通过人机界面对复杂数据进行可视化操作与交互的一种新的艺术语言形式，它吸引艺术家的重要之处，在于艺术思维与科技工具的密切交融和二者深层渗透所产生的全新的认知体验。与传统视窗操作下的新媒体艺术相比，交互性和扩展的人机对话，是VR艺术呈现其独特优势的关键所在。从整体意义上讲，VR艺术是以新型人机对话为基础的交互性的艺术形式，其最大优势在于建构作品与参与者的对话，通过对话揭示意义生成的过程。

艺术家通过对VR、AR等技术的应用，可以采用更为自然的人机交互手段控制作品的形式，塑造出更具沉浸感的艺术环境和现实情况下不能实现的梦想，并赋予创造的过程以新的含义。如具有VR性质的交互装置系统可以设置观众穿越多重感官的交互通道以及穿越装置的过程，艺术家可以借助软件和硬件的顺畅配合来促进参与者与作品之间的沟通与反馈，创造良好的参与性和可操控性；也可以通过视频界面进行动作捕捉，储存访问者的行为片段，以保持参与者的意识增强性为基础，同步放映增强效果和重新塑造、处理过的影像；通过增强现实、混合现实等形式，将数字世界和真实世界结合在一起，观众可以通过自身动作控制投影的文本，如数据手套可以提供力的反馈，可移动的场景、360度旋转的球体空间不仅增强了作品的沉浸感，而且可以使观众进入作品的内部，操纵、观察它的过程，甚至赋予观众参与再创造的机会。”

4、技术概括

虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、语音输入输出技术等。

显示

人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息。当然，距离信息也可以通过其他方法获得。在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。用户（头、眼）的跟踪：在人造环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，而用户也是如此。用户看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。跟踪头部运动的虚拟现实头套：在传统的计算机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的，而利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。另一优点是，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。在用户与计算机的交互中，键盘和鼠标是目前最常用的工具，但对于三维空间来说，它们都不太适合。在三维空间中因为有六个*度，我们很难找出比较直观的办法把鼠标的平面运动映射成三维空间的任意运动。现在，已经有一些设备可以提供六个*度，另外一些性能比较优异的设备是数据手套和数据衣。

感觉反馈

在一个VR系统中，用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它，但是你的手没有真正接触杯子的感觉，并且有可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。

声音

人能够很好地判定声源的方向。在水平方向上，我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的，所以会有一种方向感。现实生活里，当头部转动时，听到的声音的方向就会改变。但是目前在VR系统中，声音的方向与用户头部的运动无关。

语音

在VR系统中，语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言，并且能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的，因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。例如，连续语音中词与词之间没有明显的停顿，同一词、同一字的发音受前后词、字的影响，不仅不同人说同一词会有所不同，就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题，首先是效率问题，为便于计算机理解，输入的语音可能会相当啰嗦。其次是正确性问题，计算机理解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。

5、技术应用

军事航天

模拟训练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为VR提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局DARPA自80年代起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统，以提供坦克协同训练，该系统可联结200多台模拟器。另利用VR技术，可模拟零重力环境，替非标准的水下训练宇航员的方法。

医学

VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，学生可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯，虚拟的外科工具，虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套，使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。但该系统有待进一步改进，如需提高环境的真实感，增加网络功能，使其能同时培训多个使用者，或可在外地专家的指导下工作等。手术后果预测及改善残疾人生恬状况，乃至新型药物的研制等方面，VR技术都有十分重要的意义。外科医生在真正动手术之前，通过虚拟现实技术的帮助，能在显示器上重复地模拟手术，移动人体内的器官，寻找最佳手术方案并提高熟练度。在远距离遥控外科手术，复杂手术的计划安排，手术过程的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生活状况，乃至新药研制等方面，虚拟现实技术都能发挥十分重要的作用。

娱乐

丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高，故近些年来VR在该方面发展最为迅猛。1992年的一台称为“LegealQust”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了自学习功能，大大增强了趣味性及难度，使该系统获该年度VR产品奖。另外在家庭娱乐方面VR也显示出了很好的前景。作为传输显示信息的媒体，VR在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术转化为动态的，可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。另外，VR提高了艺术表现能力，如一个虚拟的音乐家可以演奏各种各样的乐器，手足不便的人或远在外地的人可以在他生活的居室中去虚拟的音乐厅欣赏音乐会等。对艺术的潜在应用价值同样适用于教育，如在解释一些复杂的系统抽象的概念如量子物理等方面，VR是非常有力的工具，Lofin等人在1993年建立了一个“虚拟的物理实验室”，用于解释某些物理概念。

室内设计

虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具。它以视觉形式反映了设计者的思想，比如装修房屋之前，你首先要做的事是对房屋的结构、外形做细致的构思，为了使之定量化，你还需设计许多图纸，当然这些图纸只能内行人读懂，虚拟现实可以把这种构思变成看得见的虚拟物体和环境，使以往只能借助传统的设计模式提升到数字化的即看即所得的完美境界，大大提高了设计和规划的质量与效率。运用虚拟现实技术，设计者可以按照自己的构思去构建装饰“虚拟”的房间，并可以任意变换自己在房间中的位置，去观察设计的效果，直到满意为止。既节约了时间，又节省了做模型的费用。

游戏

三维游戏既是虚拟现实技术重要的应用方向之一，也为虚拟现实技术的快速发展起了巨大的需求牵引作用。尽管存在众多的技术难题，虚拟现实技术在竞争激烈的游戏市场中还是得到了越来越多的重视和应用。可以说，电脑游戏自产生以来，一直都在朝着虚拟现实的方向发展，虚拟现实技术发展的最终目标已经成为三维游戏工作者的崇高追求。从最初的文字MUD游戏，到二维游戏、三维游戏，最后再到网络三维游戏，游戏在保持其实时性和交互性的同时，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加强。我们相信，随着三维技术的快速发展和软硬件技术的不断进步，在不远的将来，真正意义上的虚拟现实游戏必将为人类娱乐、教育和经济发展做出新的更大的贡献。

数字地球

数字地球建设是一场意义深远的科技革命，也是地球科学研究的一场纵深变革。人类迫切需要更深入地了解地球、理解地球，进而管理好地球。拥有数字地球等于占据了现代社会的信息战略制高点。从战略角度来说，数字地球是全球性的科技发展战略目标，数字地球是未来信息资源的综合平台和集成，现代社会拥有信息资源的重要性更基于工业经济社会拥有自然资源的重要性。然而从科技角度分析，数字地球是国家的重要基础设施，是遥感、地理信息系统、全球定位系统、仿真与虚拟现实技术等的高度综合与升华，是人类定量化研究地球、认识地球、科学利用地球的先进工具。

船舶制造

通过虚拟现实技术不仅能提前发现和解决实船建造中的问题，还为管理提供了充分的信息，从而真正实现船体建造、舾装、涂装一体化和设计、制造、管理一体化。在船舶设计领域，虚拟设计涵盖了建造、维护、客户需求等传统设计方法无法实现的领域，真正做到产品的全寿期服务。因此，通过对面向船舶整个生命周期的船舶虚拟设计系统的开发，可大大提高船舶设计的质量，减少船舶建造费用，缩短船舶建造周期。

汽车仿真

汽车虚拟开发工程即在汽车开发的整个过程中，全面采用计算机辅助技术，在轿车开发的造型、设计、计算、试验直至制模、冲压、焊接、总装等各个环节中的计算机模拟技术联为一体的综合技术，使汽车的开发、制造都置于计算机技术所构造的严格的数据环境中，虚拟现实技术的应用，大大缩短设计周期，提高了市场反应能力。

6、相关事件

扎克伯格

2016年2月21日，在巴塞罗那举行的三星新品发布会上，Facebook首席执行官扎克伯格表示，虚拟现实是继文本、图片和视频之后的下一种通信平台，人们能体验和分享任意内容。以后朋友聚会可以通过虚拟影院看电影，同事也可以利用虚拟现实技术举行小组会议。

扎克伯格还透露，Facebook已经向VR项目投入了数百位*工程师，为的就是要让用户通过虚拟现实，感到“身临其境的”体验。

自从2014年Facebook斥巨资20亿美元收购了虚拟现实制造商OculusVR之后，Facebook对虚拟现实市场一直非常关注。此次虚拟社交团队的建立，是Facebook收购Oculus后，首次将其核心社交网络服务带到虚拟现实技术中。

美国推出VR警员训练系统旨在减少警察暴力行为

美国层出不穷的警察暴力事件一直饱受民众诟病，针对这种情况，美国一位开发者就发布了一款名为BEST的VR应用程序。该应用通过在虚拟空间中模拟训练警察，降低警察的暴力行为和误伤概率。

其开发者JedMerrill解释道，察应该是“和平人士”，且应该对此进行“更广泛的思考”。BEST系统强调阶梯式方法以及一些关键性概念，如行为、伦理、战略与战术(BEST名字的由来)。通过在模拟器内更多地接触一些微妙形势，警察们能在真实世界里放缓行动——当然要是正确的时候。Merrill提到一个例子，有心理问题的人的痛苦感会被误解为暴力行为。

Merrill希望在每一个警察局都能安装一台BEST设备，安装的房间类型与VR娱乐公司TheVoid建造的差不多。TheVoid为游戏玩家打造了迷宫式的空白房间，这样玩家能感受到周围环境，这很适合用来训练新警察处理特定情况。警察们还将习惯在街角巡视，尽可能地避免大的意外事故。BEST系统还能扩展到其他一线响应人员的训练中，比如急诊医生和消防人员能通过训练获得罕见事故的实践经验，从而能挽救许多生命。该应用计划在2017年正式发布。

7、媒体评论

警惕技术投机炒作

2016-04-18经济日报

VR和AR技术还处于“试水”阶段，真正的超重量级应用并未出现，离向大众普及还有一段相当长的路要走。在对VR和AR的炒作声浪之中，资本方和消费者需要保持足够的清醒，创业团队同样要摒弃“圈钱就走”的心态，认真考虑自己的发展方向先是淘宝一则“BUY+”宣传视频刷爆了朋友圈，带上VR头盔就能走遍世界虚拟购物，随后又传来谷歌相比VR（虚拟现实）更看好AR（增强现实）的消息，谷歌认为AR从长远来看拥有更大的获利机会。最近，脸谱掌门人扎克伯格也表示VR和AR将成为人们日常生活的一部分。互联网巨头们相继表态，让人感到“R”时代似乎已近在眼前。果真如此吗？

不管VR还是AR，都依然要靠眼镜或者头盔这样的辅助设备。以VR为例，尽管消费级的VR设备在今年上半年频繁面世，但价格仍集中在100美元以上，而包括谷歌纸板眼镜在内的超低价VR设备在体验效果上并不尽如人意。仅有辅助设备还不够，由于VR要调用大量的运算资源，对连接VR设备的终端，如手机、电脑或者游戏主机，也提出了相当高的配置要求。拿VR巨头Oculus的虚拟现实头盔来看，全球只有4%的电脑能在配置上达标。这样的问题在AR领域同时存在。

这就意味着，目前阶段，受限于硬件覆盖面不足，VR和AR技术还处于“试水”阶段，虽然有基于种种应用场景的多样化尝试，但真正的超重量级应用并未出现，离向大众普及还有一段相当长的路要走。更重要的是，受限于产业规模，包括技术标准，开放接口乃至操作方式等诸多生态链上的关键节点，互联网巨头们还未取得共识，产业依然处在“跑马圈地”的时期。在这样的形势之下，热炒“R”概念，不禁让人喜忧参半。

一方面，针对消费端的新技术和新模式的应用，比如消费互联网领域的移动购物、O2O等，都需要不断刷新消费者的观念，建立他们新的消费习惯，VR和AR同样面临类似的问题。除了巨头们的频繁表态，从目前的市场状况来看，国内外多家厂商也投入了大量精力和财力进行商业体验设备的开发，通过游戏体验的方式提升公众对新技术的感性认识。从这个角度来讲，热炒“R”时代自然有利于下一步的技术演进和推广。

另一方面，如果将目光投向资本市场，人们不由得捏一把冷汗。大量资金正在进入VR和AR概念的创业团队，仅2015年融资总额就超过10亿元，而VR和AR板块在二级市场也持续走强，但大多数团队拿出的设备、服务和内容，无论从技术水平还是体验实感来看难言“达标”。有资深业内人士坦言，以国内专业3D美术人才数量来看，甚至难以支撑目前一半的VR团队。和曾经的团购、O2O一样，如今VR和AR领域也是虚火颇旺。盲目投资的后果，容易一哄而上也容易一哄而下，让真正在技术和服务创新上有所突破的团队日后面临“巧妇难为无米之炊”的困境。对消费端来讲，大量粗制滥造的设备、服务和内容无法达到心理预期，很可能从一开始就让消费者失去尝试新技术的动力。

互联网产业的发展，与技术突破始终血肉交融。不过，搭车炒作的噱头，和突破性的产品与服务带来的动力存在天壤之别。在对VR和AR的炒作声浪之中，资本方和消费者需要保持足够的清醒，创业团队同样要摒弃“圈钱就走”的心态，认真考虑自己的发展方向。毕竟，投机心态只能伤害产业的长远发展，未来的路要一步一个脚印地走出来。

8、操作建议

1.如果是商业开发者，你需要有更宽泛的思维：在现阶段，合作远比竞争更重要。在虚拟现实内容和技术领域，合作带来的机会要比竞争更多。

2.顺应行业内趋势，而不是独辟蹊径。媒*作圈常常提到将现有工具与新的虚拟现实技术进行整合。如果你研究虚拟现实技术，那么请考虑为合作伙伴开发这样的插件，因为现阶段它们还不太可能投资搭建复杂的虚拟现实环境。

3.如果你寻求投资，那么考虑与他人联合。具有竞争关系的虚拟现实技术或许可以带来互补的应用，加强你的技术。通过这样的联合，你或许可以更好地吸引投资者。

4.虚拟现实应当是一种全新的媒介，尤其是对开发软件、制作创新内容的人士来说。你应当为这种新媒介专门制作内容。如果希望在这一平台上制作出真正轰动的内容，那么不可能是来自Jay-Z的一段视频，或是某部好莱坞电影的360度版本。这样的内容应当充分利用虚拟现实体验。

5.不要忘记企业市场。2B市场与面向普通用户的市场同样重要，房地产和医药等行业也可以很好地利用虚拟现实技术。你应当考虑与这些公司合作。

6.目前不必太担心商业模式的问题。你应当首先寻求合作，占据一席之地。虚拟现实领域将出现多种商业模式，而在未来一年中，合作将会取得更好的效果。

虚拟现实行业当前的氛围让人联想到互联网发展的早期。潜力很大，但并非所有拼图都已准备好。不过，最终所有拼图都将完成，从而给各行各业带来改变。

9、争议

蓝光伤眼

当VR玩家沉浸在视频或者游戏中时，他们并不会考虑太多这种虚拟现实影像给眼睛带来的压力。

然而“VR伤眼”绝非危言耸听，在VR设备尚未大规模普及的情况下，很少有厂商主动重视蓝光对人眼的影响。

‘蓝光’指的并非蓝色的光线，而是指可见光谱中波长介于400~450纳米的那一部分，称之为高能短波蓝光，蓝光几乎存在于所有的LED/LCD光源的设备中，包括电视、电脑、手机、平板、VR。

蓝光辐射的危害有多大？在2010年国际光协会年会中，全球顶尖光学专家一致指出：短波蓝光具有极高能量，能够穿透晶状体直达视网膜，蓝光照射视网膜会产生*基，*基会导致视网膜色素上皮细胞衰亡，进而导致光敏感细胞缺少养分从而引起视力不可逆的损伤。简单来说，蓝光对人眼造成的伤害是无法修复的。根据世界卫生组织WHO爱眼协会发布的数据，2006年至2008年因蓝光辐射每年导致全球超过30000人失明。

和其他电子设备相比，VR里的蓝光伤害更加特殊和直接。平常用手机或者看电视的时候，手机尺寸比较小，人的眼睛离屏幕也比较远，在视网膜成像时只占了很小的一部分，但是VR不一样，VR几乎把整个画面投射到视网膜上，距离也非常近，这样蓝光对眼睛的伤害就会成倍增加。

同时，VR视频和游戏常常会营造的黑暗环境更是雪上加霜，人们看电视、电脑、手机等其他设备时还能用外部环境调节，VR头盔封闭式的设计却无法依靠外界光线进行调节。

据了解，目前针对蓝光辐射有两种解决方案，一种是给镜片加上防蓝光镀膜，另一种是改变显示屏的设计，过滤蓝光。除了在硬件上下功夫之外，软件过滤蓝光也是一个护眼的方式。以苹果的“nightshift”功能为例，就是利用软件过滤了蓝光，打开该功能，整体屏幕会变黄，从而起到保护眼睛的效果。

蓝光问题已得到一些VR厂商的关注。国际大厂Oculus在使用说明书中明确规定未满13岁的儿童，因为处于成长的重要阶段，视力尚未定型，不允许使用VR眼镜，13岁以上的青少年，也需要在家长的监督下使用，并且需要确认是否出现身体不适。HTCVive和索尼PSVR也有类似的规定。

但由于升级硬件设计尤其是改变显示屏技术的周期较长，成本较大，在VR没有被大规模、长时间使用的环境下，很多厂商不愿意费时费力地去解决蓝光问题。

湖北卫视曾经做过VR对眼睛影响的试验，实验结果显示，观看VR视频30分钟后，被测试者的眼部调节功能明显下降。人眼看到的东西会直接影响人的大脑，当人们带着一个VR头盔进入一个忘我世界时，需要厂商从源头保护用户的视力，最大可能地减少对人眼的影响。

对于硬件厂商来说，厂商应该树立防蓝光意识，在显示屏技术和镜片镀膜上下功夫，如果因为消费者少就忽略这一点，是极其不负责任的做法。其次，对于内容制作方来说，在制作内容时不能一味追求视觉刺激，忽略人的生理状况。最后，热爱VR体验的玩家在使用时应该严格控制使用时间，毕竟VR设备对眼睛的伤害比手机和电脑大许多。