虚拟还是现实解读虚拟现实设备

技术宅

科技扫盲——认识虚拟现实设备

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是近年来出现的高新技。从字面理解就是一种通过虚拟设备模拟出现实环境的设备，它借助电脑、手机等设备模拟出一个立体三维空间，通过对人的视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户在虚拟世界里感受到一种极度真实的现实感。

从视觉效果上来说，虚拟现实设备和我们之前介绍的3D显示有些类似，但是3D显示只是模拟出一种3D立体视觉效果，虚拟现实设备则在此基础上融入了各种交互体验，让使用者有更加逼真的全方位立体感受。比如根据试用者的描述，用户戴上Oculus公司的虚拟头盔后，它可在一个房间里模拟出一个非常真实的高台环境，用户虽然是站在房间的平地上，但是根本不敢在这个虚拟高台上往下跳（实际跳跃只是弯腿并“跳”在平地上），因为这个模拟的虚拟环境实在太真实了（图2）。

解密VR——虚拟现实设备怎么实现现实效果

虚拟环境毕竟还是“虚”的，它是怎么实现如此逼真的模拟呢？这里以上述虚拟高台为例。

首先了解一下虚拟现实设备的组成，一套虚拟设备主要包括建模设备、显示设备、定位设备和交互设备，四种设备各司其职。其中建模设备主要用于获取物体外表面的三维坐标及物体的三维数字化模型，在虚拟现实设备中主要通过电脑渲染完成。比如在虚拟现实游戏中，其中电脑就负责建立3D游戏画面并进行渲染，在上述虚拟高台例子中，这个虚拟场景同样是通过电脑来建模的（图3）。

显示设备则用于向用户呈现3D显示效果，不过为了获得更好的现实环境代入感，现在的虚拟显示设备大多集成了显示设备，比如Oculus Rift虚拟现实眼镜镜面上方就是一块1280×800 的LCD（图4）。

因为在电脑上显示3D是左右画面，因此虚拟显示设备中还有一副合成3D画面的眼镜，这样电脑上的虚拟高台同步传输到虚拟头盔的LCD上后，用户看到的就是一幅真实的高台场景。

定位设备则用于用户确定虚拟3D环境中的位置，在3D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，我们看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。因此在虚拟显示设备中，定位是通过头盔中惯性传感器来捕捉头部运动以改变图像的视角，这样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（图5）。

在虚拟高台例子中，用户通过移动脚步和头部，惯性追踪器就会追踪到这些变化，并在3D场景中实时改变场景，让用户有更为真实的环境代入感。

交互设备则用于用户和虚拟环境的交互操作，在虚拟高台例子中，如果高台上有扶手，当系统追踪到用户的手是放在扶手位置时，设备就可以给用户一个真实的反馈。在虚拟现实设备中，物体触摸反馈通过传感器完成，常见的设备如数据手套，在这种手套中设有各种传感器，可以将虚拟中的触摸转换为真实的体验（图6）。

通过电脑建模生成虚拟3D场景→同步显示到虚拟现实设备并通过3D眼镜展示在用户眼前→惯性传感器捕捉用户位置变化，同步调整虚拟场景→使用数据手套反馈用户触摸。这样用户就可以感知到一个真实的虚拟场景，并获得和现实生活中一样的体验。

廉价版虚拟现实设备

——谷歌Cardboard

通过上述介绍可以知道，一套虚拟设备构造较为复杂，而且涉及到显示、追踪、定位、反馈等多个环节，因此设备的造价也比较昂贵。为此，谷歌另辟蹊径推出廉价版的Cardboard，它的主要材料是再生纸板盒，但是却可以将智能手机变成一个虚拟现实的原型设备。它的原理也很简单，主要就是通过光学结构造成虚拟距离。在手机上安装相应的应用后，它会将手机画面预扭曲，接着再通过Cardboard里的凸透镜恢复变形，从而产生了虚拟焦距，让手机画面呈现立体显示（图7）。

虚拟现实带给我们什么

显然虚拟现实设备的普及可以给我们的生活带来极大的影响，比如在射击游戏中，我们可以带着虚拟头盔，手握虚拟AK47，然后在完全真实的游戏环境中，或射击，或躲闪，或跃起进攻，这种真实的游戏感觉绝对是每个游戏迷追求的终极目标。

同样的在生活中，也可以用虚拟现实设备来为自己的新家做设计，比如你可以按自己的意愿在电脑上设计好新家的装修，然后戴上虚拟现实设备在其中漫步，看看哪里的设计有瑕疵。而在驾考的培训中，你则可以戴上虚拟现实设备在“真实”公路上驾驶。

不过，虚拟现实设备也并非完美无瑕，首先由于技术的限制，目前设备显示效果、实时追踪定位、触控反馈体验都还不足。其次，虚拟3D效果由于人体生理结构的限制，长时间使用后大部分人还是会产生眩晕现象，这一切尚有待改进。

科技扫盲——认识虚拟现实设备

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是近年来出现的高新技。从字面理解就是一种通过虚拟设备模拟出现实环境的设备，它借助电脑、手机等设备模拟出一个立体三维空间，通过对人的视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户在虚拟世界里感受到一种极度真实的现实感。

从视觉效果上来说，虚拟现实设备和我们之前介绍的3D显示有些类似，但是3D显示只是模拟出一种3D立体视觉效果，虚拟现实设备则在此基础上融入了各种交互体验，让使用者有更加逼真的全方位立体感受。比如根据试用者的描述，用户戴上Oculus公司的虚拟头盔后，它可在一个房间里模拟出一个非常真实的高台环境，用户虽然是站在房间的平地上，但是根本不敢在这个虚拟高台上往下跳（实际跳跃只是弯腿并“跳”在平地上），因为这个模拟的虚拟环境实在太真实了（图2）。

解密VR——虚拟现实设备怎么实现现实效果

虚拟环境毕竟还是“虚”的，它是怎么实现如此逼真的模拟呢？这里以上述虚拟高台为例。

首先了解一下虚拟现实设备的组成，一套虚拟设备主要包括建模设备、显示设备、定位设备和交互设备，四种设备各司其职。其中建模设备主要用于获取物体外表面的三维坐标及物体的三维数字化模型，在虚拟现实设备中主要通过电脑渲染完成。比如在虚拟现实游戏中，其中电脑就负责建立3D游戏画面并进行渲染，在上述虚拟高台例子中，这个虚拟场景同样是通过电脑来建模的（图3）。

显示设备则用于向用户呈现3D显示效果，不过为了获得更好的现实环境代入感，现在的虚拟显示设备大多集成了显示设备，比如Oculus Rift虚拟现实眼镜镜面上方就是一块1280×800 的LCD（图4）。

因为在电脑上显示3D是左右画面，因此虚拟显示设备中还有一副合成3D画面的眼镜，这样电脑上的虚拟高台同步传输到虚拟头盔的LCD上后，用户看到的就是一幅真实的高台场景。

定位设备则用于用户确定虚拟3D环境中的位置，在3D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，我们看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。因此在虚拟显示设备中，定位是通过头盔中惯性传感器来捕捉头部运动以改变图像的视角，这样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（图5）。

在虚拟高台例子中，用户通过移动脚步和头部，惯性追踪器就会追踪到这些变化，并在3D场景中实时改变场景，让用户有更为真实的环境代入感。

交互设备则用于用户和虚拟环境的交互操作，在虚拟高台例子中，如果高台上有扶手，当系统追踪到用户的手是放在扶手位置时，设备就可以给用户一个真实的反馈。在虚拟现实设备中，物体触摸反馈通过传感器完成，常见的设备如数据手套，在这种手套中设有各种传感器，可以将虚拟中的触摸转换为真实的体验（图6）。

通过电脑建模生成虚拟3D场景→同步显示到虚拟现实设备并通过3D眼镜展示在用户眼前→惯性传感器捕捉用户位置变化，同步调整虚拟场景→使用数据手套反馈用户触摸。这样用户就可以感知到一个真实的虚拟场景，并获得和现实生活中一样的体验。

廉价版虚拟现实设备

——谷歌Cardboard

通过上述介绍可以知道，一套虚拟设备构造较为复杂，而且涉及到显示、追踪、定位、反馈等多个环节，因此设备的造价也比较昂贵。为此，谷歌另辟蹊径推出廉价版的Cardboard，它的主要材料是再生纸板盒，但是却可以将智能手机变成一个虚拟现实的原型设备。它的原理也很简单，主要就是通过光学结构造成虚拟距离。在手机上安装相应的应用后，它会将手机画面预扭曲，接着再通过Cardboard里的凸透镜恢复变形，从而产生了虚拟焦距，让手机画面呈现立体显示（图7）。

虚拟现实带给我们什么

显然虚拟现实设备的普及可以给我们的生活带来极大的影响，比如在射击游戏中，我们可以带着虚拟头盔，手握虚拟AK47，然后在完全真实的游戏环境中，或射击，或躲闪，或跃起进攻，这种真实的游戏感觉绝对是每个游戏迷追求的终极目标。

同样的在生活中，也可以用虚拟现实设备来为自己的新家做设计，比如你可以按自己的意愿在电脑上设计好新家的装修，然后戴上虚拟现实设备在其中漫步，看看哪里的设计有瑕疵。而在驾考的培训中，你则可以戴上虚拟现实设备在“真实”公路上驾驶。

不过，虚拟现实设备也并非完美无瑕，首先由于技术的限制，目前设备显示效果、实时追踪定位、触控反馈体验都还不足。其次，虚拟3D效果由于人体生理结构的限制，长时间使用后大部分人还是会产生眩晕现象，这一切尚有待改进。

科技扫盲——认识虚拟现实设备

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是近年来出现的高新技。从字面理解就是一种通过虚拟设备模拟出现实环境的设备，它借助电脑、手机等设备模拟出一个立体三维空间，通过对人的视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户在虚拟世界里感受到一种极度真实的现实感。

从视觉效果上来说，虚拟现实设备和我们之前介绍的3D显示有些类似，但是3D显示只是模拟出一种3D立体视觉效果，虚拟现实设备则在此基础上融入了各种交互体验，让使用者有更加逼真的全方位立体感受。比如根据试用者的描述，用户戴上Oculus公司的虚拟头盔后，它可在一个房间里模拟出一个非常真实的高台环境，用户虽然是站在房间的平地上，但是根本不敢在这个虚拟高台上往下跳（实际跳跃只是弯腿并“跳”在平地上），因为这个模拟的虚拟环境实在太真实了（图2）。

解密VR——虚拟现实设备怎么实现现实效果

虚拟环境毕竟还是“虚”的，它是怎么实现如此逼真的模拟呢？这里以上述虚拟高台为例。

首先了解一下虚拟现实设备的组成，一套虚拟设备主要包括建模设备、显示设备、定位设备和交互设备，四种设备各司其职。其中建模设备主要用于获取物体外表面的三维坐标及物体的三维数字化模型，在虚拟现实设备中主要通过电脑渲染完成。比如在虚拟现实游戏中，其中电脑就负责建立3D游戏画面并进行渲染，在上述虚拟高台例子中，这个虚拟场景同样是通过电脑来建模的（图3）。

显示设备则用于向用户呈现3D显示效果，不过为了获得更好的现实环境代入感，现在的虚拟显示设备大多集成了显示设备，比如Oculus Rift虚拟现实眼镜镜面上方就是一块1280×800 的LCD（图4）。

因为在电脑上显示3D是左右画面，因此虚拟显示设备中还有一副合成3D画面的眼镜，这样电脑上的虚拟高台同步传输到虚拟头盔的LCD上后，用户看到的就是一幅真实的高台场景。

定位设备则用于用户确定虚拟3D环境中的位置，在3D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，我们看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。因此在虚拟显示设备中，定位是通过头盔中惯性传感器来捕捉头部运动以改变图像的视角，这样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（图5）。

在虚拟高台例子中，用户通过移动脚步和头部，惯性追踪器就会追踪到这些变化，并在3D场景中实时改变场景，让用户有更为真实的环境代入感。

交互设备则用于用户和虚拟环境的交互操作，在虚拟高台例子中，如果高台上有扶手，当系统追踪到用户的手是放在扶手位置时，设备就可以给用户一个真实的反馈。在虚拟现实设备中，物体触摸反馈通过传感器完成，常见的设备如数据手套，在这种手套中设有各种传感器，可以将虚拟中的触摸转换为真实的体验（图6）。

通过电脑建模生成虚拟3D场景→同步显示到虚拟现实设备并通过3D眼镜展示在用户眼前→惯性传感器捕捉用户位置变化，同步调整虚拟场景→使用数据手套反馈用户触摸。这样用户就可以感知到一个真实的虚拟场景，并获得和现实生活中一样的体验。

廉价版虚拟现实设备

——谷歌Cardboard

通过上述介绍可以知道，一套虚拟设备构造较为复杂，而且涉及到显示、追踪、定位、反馈等多个环节，因此设备的造价也比较昂贵。为此，谷歌另辟蹊径推出廉价版的Cardboard，它的主要材料是再生纸板盒，但是却可以将智能手机变成一个虚拟现实的原型设备。它的原理也很简单，主要就是通过光学结构造成虚拟距离。在手机上安装相应的应用后，它会将手机画面预扭曲，接着再通过Cardboard里的凸透镜恢复变形，从而产生了虚拟焦距，让手机画面呈现立体显示（图7）。

虚拟现实带给我们什么

显然虚拟现实设备的普及可以给我们的生活带来极大的影响，比如在射击游戏中，我们可以带着虚拟头盔，手握虚拟AK47，然后在完全真实的游戏环境中，或射击，或躲闪，或跃起进攻，这种真实的游戏感觉绝对是每个游戏迷追求的终极目标。

同样的在生活中，也可以用虚拟现实设备来为自己的新家做设计，比如你可以按自己的意愿在电脑上设计好新家的装修，然后戴上虚拟现实设备在其中漫步，看看哪里的设计有瑕疵。而在驾考的培训中，你则可以戴上虚拟现实设备在“真实”公路上驾驶。

不过，虚拟现实设备也并非完美无瑕，首先由于技术的限制，目前设备显示效果、实时追踪定位、触控反馈体验都还不足。其次，虚拟3D效果由于人体生理结构的限制，长时间使用后大部分人还是会产生眩晕现象，这一切尚有待改进。