vr虚拟技术分析（从零开始学VR第3节）

各位朋友大家好，这篇接着“「从零开始学VR」第二节▪虚拟现实的特性及发展”讲起，通过上节我们一起去探讨虚拟现实基本定义和概念，相信你已经对虚拟现实有一个总体认知。

本文2763个字，阅读约需5分钟。

在这一节主要解决以下几个问题：

通过这一节的讲解，我们把虚拟现实又做了进一步的细化和解构，让读者朋友可以细致了解一个典型虚拟仿真系统包含哪几个主要部分，同时我会稍微发散下，从更宽泛角度讨论下虚拟仿真技术构成。

01 虚拟现实系统组成

虚拟现实基本组成部分主要包括用户、输入系统、数据处理器及输出系统，这是一个循环，其中数据处理器负责根据输入指令对虚拟环境进行数据计算并实时反馈出来。

当用户进入虚拟环境时，通过输入系统会给数据处理单元指令，处理单元根据指令进行数据计算和分析，并得到一个结果，然后将结果通过输出系统实时传输给用户，形成一个闭循环。

如果觉得上面定义过于简单，我们可以扩展一点来讲。

用户作为虚拟现实系统的一部分，通常会被很多人忽略，但是没有人参与系统就没有存在的价值，这点请大家一定要有清晰的认知。

高性能工作站（一体机或手机盒子使用数据处理单元）是整个系统的核心，通过其进行虚拟环境数据调取、计算和处理。

虚拟环境（应用内容）是指通过三维建模软件和开发引擎重构的实时动态三维立体逼真图像，拥有全要素（图形图像、声音、距离、色彩、动作等）虚拟态场景，是用户沉浸体验的对象。

题外话：虚拟现实硬件开发难度较大，突破较少，目前行业主要以应用为主，缺乏优质内容，人员需求量最大。

输入系统包括空间定位系统、追踪器、数据手套、手势识别、数据衣、语音、动作捕捉系统等。

输出系统包括头盔显示为核心视觉系统，语音识别、声音合成、声音定位为核心听觉系统，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈等系统，其中味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈目前使用相对较少。

02 狭义虚拟现实关键技术

虚拟现实是多种技术的综合，至少包含六大关键技术。

下面具体分析下每个技术的基本概念和特点。

（如有不明之处，请将问题罗列在评论区，文章字数有限，有些背景知识无法一一表述）

1）三维计算机图形技术

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它是计算机技术生成虚拟世界的基础，通过三维建模软件（3d max、maya、Autodesk 123D等）将对象物体在相应的3D虚拟世界中重构，并可根据系统需要保存部分的物理属性（比如人通过一处墙面，如果不设置物理属性，就会出现穿模，也就是人穿过墙体了）。

2）程序引擎

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虚拟现实开发领域最知名、应用最广泛的两个引擎，分别是unreal和Unity，它们是VR开发的经典选择。

其中，unreal可免费使用，允许开发团队免费创建自己交互式应用程序，但当你的应用程序需要交付时，就需要支付小部分费用给unreal开发团队，类似项目提成模式。

Unity与Unreal相比功能相对不足（Unreal更高端，程序要求相对低，画质更好），前期需要支付少量费用，申请完成后可不必支付任何版税。

不过Unity对编程能力要求较高，如果团队具有编程能力和设计能力，那么Unity就算是一个优秀且成本相对较低的选择，而且最终交付物在品质方面牺牲也不会太多。

3）空间定位技术

目前空间定位比较主流的有三类技术，主要有激光定位、红外光学定位和可见光定位3种，分别对应HTC vive、Oculus、PS VR三个主要品牌的定位技术，优劣、成本、效果各有不同。

激光定位优势在于定位精度高，不会因为遮挡而无法定位，宽容度高，也避免了复杂的程序运算，反应速度极快，几乎无延迟，同时可支持多个目标定位，可移动范围广。

红外光学定位优势在于复杂程度低，使用寿命长，连接方便，成本相对较低，但是用户活动范围不太大，使用角度受限，也不支持多个目标定位。

可见光定位优势在于成本低廉，灵敏度高，稳定性和耐用性不错，无需后续复杂算法，技术实现难度不大。不足在于定位精度相对较差，抗遮挡性差，对周围光线要求较高，可移动范围小，可追踪目标不多。

4）跟踪/传感器技术

在虚拟环境中，通过测量三维对象位置和方向实时变化（通常由跟踪器来实现六自由度测量，是虚拟现实里面一个重要传感设备），用户能看到由其位置和头/眼方向（头部/眼球追踪）视角来决定的独一无二的虚拟景象。

用户不仅可以通过眼睛去认识立体虚拟环境，还可以通过头部运动去观察环境，从而给人更加真实的感觉。

5）广角立体显示技术

人两只眼睛由于位置不同，面对同个对象时，双眼会看到两幅稍有不同的图像，这两幅图像在大脑里融合起来，就形成了对对象的整体认知，这个认知里包括对象的距离、颜色、阴影、远近等信息，如此形成一个双目立体视觉。

人生理特性的双目立体视觉在VR系统中起了很大作用，所有显示系统都是根据这一原理来开发。

VR会投射两幅稍有不同的图像到眼睛，用户眼睛看到不同两副图像是分别产生的，由此会产生一个立体感和沉浸感。

目前最大问题还是视角宽窄的问题，目前开发的产品视角相对比较窄，人眼整个视觉没有被填满，会产生不真实的感觉。

期待未来广角立体显示技术角度达到一个临界点，可以让人眼完全沉浸在虚拟环境中，看不到虚拟环境之外的任何对象。

6）感觉反馈

在现实中，我们抓自己的手会有抓住了的感觉，但是在VR系统中，用户可以设法去抓住一只虚拟手，但是没有产生真正接触到手的感觉。

如果系统有异常，甚至可能会穿过虚拟手“表面”（就是所谓穿模），而这在现实场景中根本不可能发生，感觉反馈就是来解决触感（力感）这一类问题的装置或技术。

03 广义虚拟现实关键技术

文章第二部分主要从虚拟现实系统内部来描述，也就是这个系统如果要运行，必须要有以上关键技术，否则根本无法实现所谓的沉浸和体验。

但是，如果从更高层面讲，从虚拟现实整体发展来说，其实远远不止上面的技术，下图列举部分技术供大家进一步了解：

由于虚拟现实应用数据量特别大，计算机的图形图形、计算能力、芯片、云计算、5G高速网络发展对虚拟现实内容快速普及意义重大。

虚拟现实应用内容跟传统电视电影完全不同，就需要全新的表现形式和心理需求，进行全新的故事设计和制作，否则根本不可能产生出引入入胜的VR内容。

人工智能深度学习和智能语音将赋予虚拟现实真人的自然交互（真正的自然交互），目前比较成型和应用的案例是央视和搜狗联合打造的“AI合成主播”，其是AI和虚拟现实技术的完全结合，是当前最先进的技术应用方案。

图片来源网络，如有侵权请作者联系删除：AI合成主播

所以，你可能会发现，虚拟现实其实涵盖范围非常非常广，是计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门极富挑战的交叉技术前沿学科和研究领域。

看完这节，假设你想进入虚拟现实行业，是否找到了方向呢？欢迎留言交流！

感谢阅读，欢迎[关注]心喜欢生。此次写作目的是希望为读者详细系统讲解虚拟现实一些基础技术，但我本身不是写作出身，文章中难免会有疏忽或交代不清晰的地方，欢迎在评论区留言与我交流，共同进步，谢谢！

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