什么是VR?VR技术原理和发展过程及核心技术分析

举一个例子,当你戴上特制的头盔与手套后,会发现你已置身于一个不受时空限制的历史的博物馆中,当你向前行走或者转头时,你所看见的景象也会随之改变,你可穿过大厅,推开前面的大门,当你看见一件精美的展品时,你甚至可以上上下下、里里外外仔细地观摩——这就是虚拟现实技术带来的真实感觉。

VR技术,是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界,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。

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。虚拟现实(VR),看到的场景和人物全是假的,是把人的意识代入一个虚拟的世界。

VR像做梦,看到的场景和人物全是假的,是把你的意识代入一个虚拟的世界。简单的来说,就是你看到的东西都是假的,但是你的感觉是真实的,它就会给你一种身临其境的感受。

VR技术原理

人们在看周围的世界时,由于两只眼睛的位置不同,得到的图像略有不同,这种差别能让我们感知到深度,让事物看起来立体。VR技术也是利用这种视觉差别,替我们的双眼安排不同的画面,从而让我们感觉到画面的立体性。与3D电影不同,VR强调的是360度全景交互,不仅有强烈的沉浸感和立体感,更重要的是允许用户和虚拟世界进行交互。

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,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可以感知我们的头部动作。

这样,当我们在移动时,虚拟世界中的我们就能同样的移动,当我们向左看,虚拟现实头套可以识别这一动作,这时硬件会及时渲染出左边的场景。如此,当我们往左看时,就能看到左边的场景,往右看时,就能看到右边的场景,避免了场景不跟随我们目光移动的意外。

VR技术前世今生

1956年:Sensorama

1961年:Headsight

1966年:GAFViewmaster

1968年:SwordofDamocles

1980年:EyeTap

这款EyeTap看上去与微软的HoloLens非常相似,严格意义上它也的确是一款增强现实设备,可以连接计算机摄像头,将数据叠加显示在眼前。当然,今天人们对虚拟现实和增强现实已经有了更明确的定义,但EyeTap对于虚拟现实技术的发展还是具有一定意义的。

1984年:RB2

RB2可以说是第一款商业虚拟现实设备,其设计与目前主流产品已经非常相似,并且配有体感追踪手套,可实现操作。然而,其经过高达50000美元起,在1984年无疑是天价。

1993年:世嘉VR

1995年:任天堂VirtualBoy

1995年:CAVE

1995年,伊利诺伊大学的学生们研发出“CAVE”虚拟现实系统,通过创建一个三壁式投影空间、配合立体液晶快门眼镜,来实现沉浸式体验,对于现代虚拟现实技术起到了极大地的推动作用。

2009年:OculusRift

2014年,社交巨头Facebook宣布以20亿美元收购Oculus,OculusRift也在经过了数个DK版本之后,正式于今年1月开放消费者版预购、于3月在全球20多个国家及地区出货。至此,虚拟现实真正步入了消费电子市场。

从科幻到现实,从1957到现在,VR设备的发展被许多人形容为是“将梦变为现实”的过程,尽管还存在不足,还面临坎坷,我们依然有理由期待VR将有光明的未来,毕竟每项科技都是这样一路跌撞走来,渐渐成长的。

VR的主要核心技术

虚拟场景显示技术

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,例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。

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。

头部追踪技术

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。

另一个优点是,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,这样当我们在现实世界中移动,虚拟现实世界中的我们也就能同样地移动。

当我们向左看,头部追踪技术能够识别这一动作,这时硬件就会即时渲染出左边的场景,这样,我们往左看就能看到左边的场景,往右看则能看到右边的场景,而不会发生场景跟着我们移动的意外。

眼球追踪技术

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。

同时,由于眼球追踪技术可以获知人眼的真实注视点,从而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VR从业者认为将成为解决虚拟现实头盔眩晕病问题的一个重要技术突破。

声音技术

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。但目前在VR系统中,声音的方向与用户头部的运动无关。

感觉反馈技术

语音技术

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。

手势跟踪技术

光学跟踪的优势在于使用门槛低,场景灵活,用户不需要在手上穿脱设备,未来在一体化移动VR头显上直接集成光学手部跟踪用作移动场景的交互方式是一件很可行的事情。但是其缺点在于视场受局限,以及使用手势跟踪会比较累而且不直观,没有反馈。这需要良好的交互设计才能弥补。

数据手套,一般在手套上集成了惯性传感器来跟踪用户的手指乃至整个手臂的运动。它的优势在于没有视场限制,而且完全可以在设备上集成反馈机制(比如震动,按钮和触摸)。

它的缺陷在于使用门槛较高:用户需要穿脱设备,而且作为一个外设其使用场景还是受局限:就好比说在很多移动场景中不太可能使用鼠标。

不过这些问题都没有技术上的绝对门槛,完全可以想象类似于指环这样的高度集成和简化的数据手套在未来的VR产业中出现,用户可以随身携带随时使用。

THE END
1.虚拟现实技术:重塑未来的沉浸式体验在科技飞速发展的当今时代,虚拟现实技术(Virtual Reality,简称 VR)正以惊人的速度崛起,为人们带来前所未有的沉浸式体验,重塑着各个领域的未来。一、虚拟现实技术的基本原理 虚拟现实技术是一种利用计算机生成的模拟环境,通过多种感官设备,如头戴式显示器、手柄等,让用户沉浸其中,并与虚拟环境进行交互的技术。https://baijiahao.baidu.com/s?id=1817965610502424302&wfr=spider&for=pc
2.VR技术是指什么是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术。VR是虚拟现实,具体内涵是综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备,在计算机上生成一种交互式的三维动态视景,其实体行为的仿真系统能够使用户沉浸到该https://edu.iask.sina.com.cn/jy/k27g46yVdl.html
3.vr技术是指什么?vr是什么意思Vr是虚拟现实的意思,那么Vr技术是指什么?简单来说vr技术就是利用电脑模拟产生出一个三维空间的虚拟世界,让人们通过vr设备的连接,在虚拟世界中对视觉、听觉、触觉等感官进行模拟,从而给予人们一种身临其境的奇幻体验。 在信息技术飞速发展的今天,vr也在逐渐走入人们的生活之中,通过与各式各样的产业相结合,为人们https://www.hxsd.com/content/11146/
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5.vr技术是指什么vr技术发展现状与未来趋势VR技术(Virtual Reality Technology)是一种模拟现实世界的技术,它能够为用户创造出一种虚拟环境,并且让用户通过交互设备沉浸其中。这项技术目前已经广泛应用于游戏、影视、教育等领域。本文将介绍VR技术的定义以及其发展现状和未来趋势。 1. VR技术是指什么 VR技术是指利用计算机图形学、人机交互、传感器等技术手段,在https://www.eefocus.com/e/1557468.html
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9.ar技术和vr技术分别指什么vr和ar的区别:1、运用的技术不同vr是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等http://www.mansitine.com/ask/484829.html
10.什么是VR虚拟现实技术?ARVR区别是什么?虚拟现实(virtualreality)AR、VR 区别是什么? 文章详细阐述了虚拟现实(VR)技术的发展历程,从早期的模拟器到现代的头戴显示器和空间定位系统,探讨了VR的核心准则在于通过技术手段提供逼真的感官体验。同时,文章对比了VR与AR的区别,并分析了不同类型的VR硬件产品,如手机VR和头戴显示器,以及它们在交互性和应用场景上的优缺点。最后,提到了https://blog.csdn.net/ic2121/article/details/131565361
11.什么是VR技术?VR技术的定义特征及发展历程一览什么是VR技术?VR技术的定义、特征及发展历程一览 VR技术的定义 VR技术即Virtual Reality,中文的意思就是虚拟现实。关于虚拟现实的概念,有很多种不同的说法。可以分为狭义和广义两种。 狭义的虚拟现实主要是指通过计算机、头盔式显示器、立体眼镜、数据手套、密封舱等传感辅助设备来实现的一种三维现实,人们通过这些设备https://www.sgpjbg.com/info/32629.html
12.3DVR技术介绍腾讯云开发者社区3DVR技术介绍 经常有人问我,什么是3D,什么是裸眼3D?什么是全景?什么是VR?什么是AR? 3D 先说3D,其实3D就是指的三维,简单说:x、y、z,后面的裸眼3D,全景,VR,AR,MR都离不开这个3D基础。也就是说内容得是3D。 裸眼3D 裸眼式3D可分为光屏障式(Barrier)、柱状透镜(Lenticular Lens)技术和指向光源(https://cloud.tencent.com/developer/article/1962236
13.vr是什么意思通俗vr和ar区别是什么vr产业是什么产业一、vr是什么意思通俗 1、vr通俗来说指的是虚拟现实技术,也是人工环境的表现。这种技术可以通过电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界,从而使使用者感到视觉、触觉、听觉方面的模拟,仿佛身临其间一般。 2、在vr技术提供的环境里,使用者可以没有限制地观察三度空间内的一切事物,当位置进行移动的时候,电脑可以快速进行https://m.qizuang.com/gonglue/znjj/102683.html
14.虚拟现实什么是虚拟现实虚拟现实是什么意思虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真,使用户沉浸到该环境中。 中文名虚拟现实 英文名Virtual Reality 简称VR 别名灵境,幻真 领域仿真技术 https://www.ali213.net/vr/baike/2161.html
15.虚拟现实和VR的区别是什么虚拟现实(Virtual Reality, VR)是一种模拟真实环境的技术,通过计算机、显示器、传感器等设备,使用户仿佛置身于一个虚拟的世界中。与传统的计算机界面相比,虚拟现实提供了一种更加沉浸式的体验,让用户感觉自己仿佛身临其境。下面主要来了解一下虚拟现实和VR的区别是什么? https://www.pxwy.cn/news-id-81844.html
16.全息投影VRAR有什么联系和区别?一、想要清楚全息投影、VR、AR的区别,我们不妨先看看这三者的定义—— 1、全息投影:属于3D技术的一种指利用干涉原理记录并物体真实的三维图像的技术平时所了解到的全息往往并非严格意义上的全息投影,而是使用佩珀尔幻像、边缘消隐等方法实现3D效果的一种类全息投影技术。 http://www.xzvision.cn/news/detail146.html