虚拟现实技术在电脑游戏中的有效应用

齐建亮

（南京视觉艺术职业学院，江苏 南京 211215）

虚拟现实技术自诞生以来便受到人们的高度关注，其主要是以计算机为载体构建三维虚拟空间，并通过视觉、触觉、听觉模式为使用者提供身临其境般的场景。目前虚拟现实技术在电脑游戏领域得到有效应用，能够在创新电脑游戏形式的同时，为用户创造更为逼真的游戏环境。正因此，探讨电脑游戏中虚拟现实技术的有效应用，对促进电脑游戏领域的创新发展有着重要影响。

1 电脑游戏中虚拟现实关键技术应用

1.1 体感交互技术

以往电脑游戏中角色操控需借助鼠标、控制器、键盘以及遥控器等，而在多方面因素的影响下，使得电脑游戏操作存在以下问题：①游戏中角色动作与控制命令可能出现不相符的情况；②难以学习，使得电脑游戏与用户之间存在交互障碍。得益于虚拟现实技术应用，可利用体感交互技术来取代以往鼠标键盘的复杂控制模式，用户仅需通过自身控制，或者是利用周围物体移动来达到角色操控的目的。相较于常规操控形式而言，体感交互能够帮助游戏者降低操作难度，并为游戏者营造出更为逼真的游戏情境[1]。在游戏中可采用不同方法进行游戏者动作捕捉，如通过布设摄像头进行游戏者动作、姿势捕捉，经计算机处理后转变为游戏角色实际动作表现，且计算机环境执行的命令受到游戏者姿势或移动的影响。依托于骨架跟踪、深度图像处理技术进行游戏者动作捕捉，用于人体关键点位置信息的捕捉点设置通常超过15个，以计算机为载体进行游戏者捕捉动作的交互。

为实现对动作检测效果的强化，还可借助特殊色彩装置的佩戴进行检测增强，如手套、眼镜、帽子、鞋子等[2]，或者是让游戏者携带安设无线发射与传感装置的手持设备，将识别的人体动作发送至计算机转换为控制命令，实现以游戏者身体动作来控制游戏角色。

1.2 立体显示与三维虚拟声音技术

电脑游戏能否吸引用户取决于视觉效果的营造，所以电脑游戏中立体显示技术的应用具有至关重要的作用[3]。目前，电脑游戏中虚拟现实技术的应用主要借助头盔式显示器、台式立体显示器来增强游戏的沉浸性。其中台式立体显示器的应用主要以显示屏幕为载体进行左右眼视图生成，且视图呈现出频率左右交替的形式。屏幕中对应视图可在用户佩戴立体眼镜后形成立体成像。头盔式显示器的应用则是采用机械固定的方式将显示器固定于用户头部位置，此时用户头部与显示器之间呈现出相对静止的状态，用户双眼分别接受来自不同显示器发送的图像，并通过“双眼视差”的形成来营造立体环境。同时，依托跟踪装置的安设，可实现在游戏过程中进行用户头部实时跟踪，计算机接收到来自头部的信息后自动进行三维视场的转变，以确保三维场景能够随着用户视角改变而动态变化。相较于台式立体显示器应用，头盔式显示器的应用能够为用户提供沉浸式的游戏体验。

三维虚拟声音是为游戏者创造真实游戏环境的关键所在。不同于立体声音营造，三维虚拟声音的生成可让用户感觉到来自四面八方的声音，用户处于虚拟环境不同位置时产生的声音存在一定差异，且声音的生成可来自任何方位，以便于用户在游戏中精准辨别出声源的具体方位[4]。通过对真实听感的营造让用户沉浸于游戏中。

1.3 触觉反馈技术

触觉反馈是指计算机可在人机交互期间对操作者的输入形成有针对性的响应，借助反馈设备对操作者进行触觉或力的反馈。在虚拟现实游戏中，以用户信息提供为依据进行反馈分类，具体包括触觉反馈、力反馈等[5]。其中力反馈主要是对游戏中虚拟物体运动借助相关技术手段进行处理，并利用反馈装转化为物理设备的机械运动，实现在游戏操作过程中让用户体验到真实的方向感、力度反馈等。针对触觉反馈而言，受到技术限制、研发未深入等方面的影响，目前仅支持让用户在游戏过程中感受温度、振动、环境变化等，无法在游戏中为用户提供真实材质或纹理触感等。

2 电脑游戏与虚拟现实技术的相互融合

2.1 真实环境模拟

场景创造是游戏世界的基础架构，场景能否真实、逼真营造，直接影响到用户的体验度与沉浸效果[6]。通常情况下，可采用多边形拟合的方式进行场景模型的外形创造，并通过外表材质与光照模拟来达到模型真实感营造的目的。为此可充分利用三维造型软件进行游戏场景的营造，依托数据模型构建来创造三维立体的场景模型。通过几何建模与形象建模来构建契合游戏场景的三维模型，并针对室外场景与室内场景进行建模技术的针对性应用。在当前电脑游戏场景营造中，室外场景建模的应用较为常见，具体包括建筑、植物、天空以及山体等。

2.2 多感知性表现

虚拟现实技术在电脑游戏中的融入，能够以多元感知来增强用户对游戏的沉浸感。作为虚拟现实概念的最早提出者，杰兰·拉尼最初设想是以计算机为载体，构建一个集成嗅觉、触觉、听觉以及视觉的三维世界，借助相关技术应用，以自身视角进行虚拟世界的交互与浏览，实现在三维世界中获取多重感官刺激以及浸入式体验。例如，美国曾利用虚拟现实技术来治疗战后精神紊乱的士兵，通过在手臂、胸部、手等位置进行传感器的安设，佩戴特制护目镜与手柄，让士兵进入虚拟的战场环境。游戏中能够对战争场景进行逼真模拟，如爆炸后的残火、黑色烟雾、枪炮声、坦克行驶声音等。当士兵处于虚拟现实环境中时，能明显出现呼吸急促、心跳加速等变化。以《全光谱战士》为原型，结合实际战争情况进行第一人称设计游戏的改变，能够通过让士兵重返战场来达到“浸入式”心理治疗的目的。做到以虚拟情境为载体，充分调动游戏者的视觉、听觉以及触觉，引导精神紊乱症士兵能够直面内心恐惧。通过多感知性表现来增强电脑游戏的真实性、沉浸性，让用户在游戏参与过程中拥有更好游戏体验。

2.3 自主性表现

自主性表现是虚拟现实技术在电脑游戏中应用的关键所在，所谓自主性，是指以物理定律为基准来控制虚拟环境中物体的运动，以确保物体动作能够符合真实物理定律。其中物理系统的应用是实现物体运动规律控制的关键所在，通过碰撞检测来控制物体规律运动，在探测物体物理边缘的前提下，以对物体运动规律的遵循来增强用户体验感受。如游戏中存在3D物体碰撞情况，利用物理系统来确定物理边缘，继而依照物理运动规律来控制物体运动，防止物体出现相互穿透的现象，实现对真实游戏场景的营造。用户在参与游戏过程中，两个及其以上的物体无法在同一时空内占据同一区域，若物体间碰撞未出现任何反应，或者是部分无法穿透的物体在游戏中可随意穿透，会直接影响到玩家对游戏环境的真实体验。

2.4 利用虚拟仿真技术制作角色模型

电脑游戏中人物角色是关键组成要素之一，而原画绘制则是游戏设计中不可缺失的关键环节。而纵观当前游戏设计与制作中，部分开发者未对原画绘制加以重视，致使部分游戏在制作阶段频繁出现角色抄袭现象，或者是相关角色的设定与游戏整体情境不相符。在此情形下，使得游戏角色建模耗费时间增多，并影响电脑游戏的整体体验感。而得益于虚拟现实技术应用，可实现对原画绘制、模型制作效率的提升，并依托于该技术将角色模型控制在标准比例。如借助ZBrush软件进行游戏设计，可在保证游戏建模质量符合要求的前提下，创造出符合游戏整体情境的人物角色。以《生化危机》VR版为例，该游戏中涉及大量变异人角色的创造，而其中大部分角色需要以人体比例为基准进行设计。为保证游戏人物的真实性，需在游戏设计时利用虚拟现实技术进行骨骼绘制，构建契合人物角色的人物模型。需注意，游戏角色的设计还需结合游戏场景要求进行适当调整，避免因模型比例失真而影响到角色的真实性。

3 电脑游戏中虚拟现实技术应用障碍

3.1 硬件设备问题

要想提升用户对VR游戏的认同度，需要以游戏场景的清晰体现为前提，即给用户一种完全拟真的感觉，若游戏世界的营造过于粗糙，无法让用户在游戏中始终保持深入沉浸。而纵观现阶段我国电脑游戏中虚拟现实技术应用，其中硬件设备尚待更新、优化的问题最为关键。在设备不成熟、不完善的影响下，使得用户在游戏过程中频繁出现眩晕、移动障碍、解析度不足等问题，甚至存在游戏中用户感知移动加速，但缺少实际感官体验的情况。另外，在主机配置较差前提下，极易出现大量数据处理延时的情况，如用户下达动作指令未得到第一时间响应，用户实际操作与游戏中角色人物运动出现不同步现象，进而影响到用户体验感。尽管现阶段对VR游戏的轻量化研究逐渐加大力度，但是目前尚未取得实质性进展，过于沉重的设备使得用户在参与游戏过程中极易产生疲劳感。此外，因设备滞后使得游戏存在解析度不足问题，用户无法在游戏中获取清晰细腻的画面，甚至存在人物素点可用肉眼观看的情况，不仅影响到游戏整体体验感，甚至因画面清晰度不足使得游戏逐渐被淘汰。

3.2 交互方案不理想

现阶段大部分电脑VR游戏中视觉效果的营造较为理想，能够引导游戏者沉浸于游戏世界，但在交互感受方面仍有待提升。无论是动作游戏还是射击、赛车等类型游戏，以游戏手柄的配备为通用方案，而在用户参与游戏过程中，利用手柄来完成动作指令仍存在一定不适感。同时，需要以更大的活动空间来支撑游戏体感实现，但实现中因设备的限制使得用户无法随意行动。理论上，需在VR游戏中进行人体所有行动、动作的全面还原，而万向行走垫的应用尽管可帮助用户实现站立、跑蹲等动作状态，但无法支撑用户跳跃动作的实现。另外，键盘鼠标以及手柄的应用，难以在游戏中为用户提供真实的游戏感受。而惯性传感器、接近传感器、动作捕捉器等的佩戴虽然可增强用户在游戏中的输入能力，但实际震动反馈以及视觉效果仍未得到明显提升。

4 虚拟现实技术改进重点

要想进一步发挥出虚拟现实技术在电脑游戏的作用与功能，首先需从硬件技术水平的提升入手，重视对设备轻量化、无线化的开发与研究。针对游戏显示而言，可借助焦点可调显示技术应用进行游戏显示改善，做到将虚拟内容以多个焦平面为载体进行投影显示，以避免因用户长时间参与游戏而造成视觉疲劳。或者是借助移动图像渲染来达到可视性能优化的目的。另外，需为VR游戏提供更高分辨率设备，并将VR设备的刷新率控制在150～240 fps范围内，实现以高清视觉体验来营造真实情境。而要想支撑高分辨率、高刷新率设备的运行，则需重视对PC硬件性能的提升。其次，重视对交互方案的优化开发，在保证开发成本符合预期要求的前提下，可有效利用惯性传感器或视觉动作捕捉系统来实现游戏交互性的增强。

5 结束语

综上所述，电脑游戏已经取代电视、电影等成为现代民众的主要娱乐形式，并对我国国民经济发展发挥着促进作用。电脑游戏与虚拟现实技术的有机融合，可在促进电脑游戏在形式创新的基础上，为用户提供更为理想的体验感。鉴于此，为进一步促进虚拟现实技术与电脑游戏的融合，需在明确虚拟现实关键技术应用的基础上，总结现阶段电脑游戏中虚拟现实技术应用阻碍，提出针对性的措施来促进虚拟现实游戏的优化设计制作，为我国游戏市场的转型发展提供支撑。■