关键技术对VR行业健康发展的推动

从本质上说，VR是一种先进的计算机用户接口，它通过计算机的运算和分析给用户提供视觉、听觉等各种直观和自然的实时交互，让用户通过电子设备去感受虚拟世界。VR行业的市场需求决定了VR技术的演变趋势，同时，VR关键技术的发展也将更好地推动整个行业的健康发展。从系统功能的角度，VR领域主要包括以下几类关键技术：

（1）动态环境建模技术

动态环境建模的主要目的是获取实际环境下的三维数据，并根据应用的需要，利用这些三维数据建立起相应的虚拟环境模型。动态环境建模是建立虚拟环境的基本前提，虚拟环境与现实环境到底像不像，与建模技术密切相关。三维数据的获取可以采用CAD技术，而更多则需要采用非接触式的视觉建模技术，两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。

按照建模方式的不同，现有的建模技术主要分为：几何造型、扫描、基于图像等几种方法。基于几何造型的建模技术需要专业的设计人员掌握相关三维软件创建出物体的三维模型，对设计人员要求高，而且效率不高。基于数码摄像的三维建模技术则可以根据物体的不同方位运用不同的视角来拍摄的数码照片，只要依据确定的数码相机的内外部参数来确定物体的特征点的空间方位。3D室内扫描解决方案提供商Matterport通过摄影技术来捕捉真实世界的空间，该公司已经推出全球最大的3D模型资料库，为VR内容开发者提供3D模型的数据源。

（2）三维图形生成及立体显示技术

三维图形的生成技术已经较为成熟，其关键是如何实现快速地生成。为了逼近人眼平常所感受到的实时效果，显示器的图形刷新率不应低于15帧/秒，最好是高于30帧/秒。因此，在不降低图形的质量和复杂度的前提下，如何提高刷新频率并配以合适的显示算法是这一技术分支的重要内容。

立体显示是VR构建全视角虚拟仿真画面的技术手段。主要有以下几种实现方式：双色眼镜、主动立体显示、被动同步的立体投影设备、立体显示器、真三维立体显示、其他更高级的设备。视觉通道是当前VR系统中研究最多、成果最显著的领域。虚拟环境产生器通过视觉通道产生以用户本人为视点的包括各种景物和运动目标的视景，人通过头盔显示器（Head Mount Display，HMD）等立体显示设备进行观察。

（3）人机交互及传感技术

VR设备通过数字手套或捕捉手势、语音等方式获得用户的输入信息，再以视频信息的方式输出给用户，实现虚拟现实中的人机交互。VR所提供的虚拟环境，改变了传统人机交互接口内容，许多新的传感技术被加入到VR领域，视觉通道、听觉通道、触觉与力反馈、用户的输入、语音识别与合成均被纳入了人机交互的范畴，其复杂度远远超出了键盘和鼠标的传统模式。利用数字头盔、数字手套等复杂的传感器设备，三维交互技术及语音识别、语音输入技术正成为VR领域重要的人机交互手段。这些交互方式具有更加逼真的视觉感受，更加自然的操作方式，且便于实现远程人机交互。

VR领域的人机交互技术(www.xing528.com)

①触觉与力反馈技术

触觉不同于力反馈。触觉是指人与物体对象接触所得到的感觉，力反馈是作用在人的肌肉、关节和筋腱上的力。在VR系统中，由于没有真正抓取物体，所以称为虚拟触觉和虚拟力反馈。虚拟触觉和虚拟力反馈通过作用力、振动等一系列动作为使用者再现触感。因此，在虚拟现实系统中让用户能够直接操作虚拟物体并感觉到虚拟物体的反作用力，从而产生身临其境的感觉。VR应用可通过定制独特的触觉反馈效果提升用户体验，在模拟时提供逼真的触觉反馈。

②眼球追踪技术

眼球追踪是VR领域最重要、最关键的技术，被誉为“VR的心脏”。利用该技术，VR设备对人眼的位置进行检测，并为眼球当前所处视角提供最佳的3D效果，从而使VR头盔等设备能够输出更加流畅和自然的立体图形。同时，由于眼球追踪技术可以获知人眼的真实注视点，因此可得到虚拟物体上视点位置的景深。所以，眼球追踪技术被大部分从业者视为解决VR头盔眩晕病问题的重要突破。

③方向和定位追踪技术

方向追踪除了可以用来瞄点，亦可用于掌握用户在VR环境的移动轨迹。定位追踪从技术上实现有两种途径，一种是借助硬件，常用的设备包括机械式跟踪器、电磁式跟踪器、超声波跟踪器、惯性跟踪器等，另一种是采用光学跟踪系统，例如红外光、激光甚至是可见光的跟踪系统。

（4）系统集成与开发技术

VR系统中包括大量的感知信息和模型，这些信息和模型需要进行系统化的集成，才能向用户实时输出完整的视觉、听觉等效果。语音识别与合成是VR通过人的语音完成交互的重要内容，也是系统集成的重要模块，它可以让计算机识别用户的语音命令甚至会话内容，主要包括采样、确定输入信号的起始端或终止端、由数字滤波器计算语音谱、分解输入信号、单词识别和对输入信号作出响应等基本过程。除了语音识别外，还包括信息同步技术、模型标定技术、数据转换技术、识别和合成技术等集成模块的开发。

同时，随着VR行业的发展，系统平台和内容服务也开始逐渐从VR技术中分离出来，成为产业链上相对独立的两个环节。系统平台是指向用户提供可以拓展的VR系统及分布式VR技术，降低后续开发者的开发难度。内容服务是指VR数据集成商向VR设备厂商提供三维环境基础数据或向VR设备用户提供游戏、娱乐的相关内容数据。