浅谈虚拟现实VR

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旅游
如今，海滩、丛林、瀑布、金字塔和世界其他奇观都可以通过 VR系统来“实地”体验。马克•扎克伯格曾为希望去意大利小镇的 观光者展示了一段VR旅游视频。在澳大利亚， 澳洲航空已经在其长 程航班上部署了VR体验。此外，澳洲航空还与三星和Rapid VR合作 制作一部新VR电影，允许乘客以360度视角感受大堡礁。
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为什么是VR？
技术的发展使相关概念的实现成为可能 各大公司VR旗舰产品集中发售 VR带给人们新鲜独特的体验 VR在各大领域都有巨大的发展前景
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VR的基本特性
沉浸感 Immersion
交互性
构想性
Interaction
Imagination
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VR系统的组成
电影、游戏、娱乐节目、教育课程……
内容
头戴式显示器、体感控制器、多功能交互系统……
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硬件
VR发展简史（1）
1963年，美国著名科幻杂志编辑，科幻文学的先驱之一，工程 师雨果· 根斯巴克在《Life》杂志发表文章。在文章中，他探讨了他 的发明——“Teleyeglasses”，这是一款头戴式的电视收看设备。
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VR发展简史（2）
1968年，美国科学家，“计算机图形学之父”伊凡· 苏泽兰开 发了一款显示器，该立体视觉系统被称为“达摩克利斯之剑”，该 头戴式显示器是一个真实的虚拟和增强现实设备的最早例子之一， 能够显示一个简单的几何图形网格并覆盖在佩戴者周围的环境上。
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什么是VR？
最新的虚拟现实技术通过高清晰度头戴式显示器、高保真扬声 器、动作追踪系统、以及其他知觉模拟器使得虚拟现实用户获得前 所未有的临场感。
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VR行业近期重大事件
2014年，Facebook 以 20 亿美元收购初创公司 Oculus 2016年3月，Oculus 公司产品 Oculus Rift 正式上市销售 2016年3月，微软公司产品 HoloLens（开发者版）开始销售 2016年3月，索尼公司产品 PlayStation VR 正式公开 2016年4月，HTC公司产品 HTC Vive 上市销售 2016年4月，工信部发布《虚拟现实产业发展白皮书5.0》 2016年5月，虚拟现实和增强现实国家及行业标准开始制定
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VR发展简史（3）
1985年，美国航空航天局（NASA）研制了一款安装在头盔上 的VR设备，称之为“VIVED VR”，其配备了一块中等分辨率的2.7英 寸液晶显示屏，并结合了实时头部运动追踪等功能。其作用是通过 VR 训练增强宇航员的临场感，使其在太空能够更好的工作。
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VR发展简史（4）
1991年，在IBM研究室的协助下，美国Virtuality公司开发了虚 拟现实游戏系统“VIRTUALITY”， 玩家可以通过该系统实现实时多 人游戏，由于价格昂贵及技术水平限制，该产品并未被市场接受。
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视频媒体
常见的 AR应用
◦ 电视转播
生活应用
◦ 手机导航
公共安全
◦ 救援系统
国防军事
◦ 战斗辅助系统
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电视转播
足球比赛中，前锋越位时回放慢动作
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手机导航
Layar软件使用GPS及陀螺仪收集附近信息并叠加显示
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公共安全
LandForm+将实景增强的地理信息搜索和救援
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商务
零售商已开始创建VR购物体验，提供一种类似于实体展厅的观 赏体验，这不仅允许消费者虚拟体验任何一款服装或其他消费者产 品，还允许零售商捕捉到一些极具价值的信息，如用户试用了哪些 产品，倾向于哪种虚拟展示方式等。
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医疗保健
许多公司在医疗保健领域探索VR的应用潜力。通过创建个性化 的VR体验来模拟现实生活，医生和治疗师正尝试通过这种新疗法来 治疗恐惧症和其他疾病患者。例如，美国南加州大学创新技术学院 (USC ICT)就推出了一种VR疗法，用于治疗创伤后应激障碍(PTSD)。 而伦敦Virtual Exposure Therapy公司也利用VR来治疗恐惧症。
投影 透镜 真实世界 半透膜 虚拟内容
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机器学习
机器学习（Machine learning）理论主要是设计和分析一些让计 算机可以自动“学习”的算法。通过机器学习可以从一类从数据中 自动分析获得规律，并利用规律对未知数据进行预测。
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计算机视觉
计算机视觉（Computer vision）是使用计算机及相关设备对生 物视觉的一种模拟，它的主要任务就是通过对采集的图片或视频进 行处理以获得相应场景的三维信息。
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VR发展简史（5）
1995年，日本任天堂（Nintendo）公司推出32位携带游戏主机 “Virtual Boy”， 其技术原理是将双眼中同时产生的相同图像叠合 成用点线组成的立体影像空间，但限于当时的技术，该装置只能使 用红色液晶显示单一色彩。
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“虚拟现实元年”
2016年被称为虚拟现实的元年，随着相关产品的集中发售，VR 行业将步入高速发展阶段。 预计到2016年底，Oculus销量将达到100万部，HTC Vive销量将 达到100万部，索尼PS VR销量将达到250万部，而移动VR用户数量 将达到1800万部。 VR技术的应用在游戏、影音、直播等泛娱乐领域率先兴起。据 测算，全球VR游戏市场未来3年的盈利空间分别为12亿美元、23亿 美元和52亿美元，每年呈现爆发式增长。
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人机交互技术
人机交互（Human-Computer Interaction）技术就是让用户能从 虚拟环境中获取和真实环境一样或者相似的听觉、感觉、触觉和力 觉等感官认知并与虚拟现实世界产生互动的关键技术，包括体感控 制、手势识别、语音控制等。
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动作追踪技术
追踪（Tracking）技术通过惯性测量单元、红外传感器、摄像 头等传感器对用户头部的HMD及手中的控制器进行动作追踪，当用 户转动头部或是移动身体，虚拟现实系统会对用户的动作进行实时 反馈，追踪系统的好坏会极大影响用户的使用体验。
2016.3 2016.4 2016.10 2015.11 2014.6
$599 $799 $399 $99 Free
Google Cardboard
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VR在 各行业 的应用
事件直播 商务 医疗保健
电子游戏
娱乐和电影 旅游
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事件直播
NextVR等公司已经通过专属算法和360度摄像机来提供体育和 其他事件的VR直播， 包括NBA和NHL等体育赛事，用户观看时可以 获得身临其境的感觉，好像自己就在现场。NextVR目前已经支持多 个VR平台，包括三星Gear VR、索尼PlayStation VR、Oculus Rift和HTC Vive。
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各产品性能对比
产品名称 分辨率 刷新频率 视野范围 发售时间 价格
Oculus Rift HTC Vive PlayStation VR Gear VR
2160x1200 2160x1200 1920x1080 2560x1440 -
90Hz 90Hz 120Hz 60Hz -
110° 110° 100° 96° -
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将虚拟与现实结合
VR
Virtual Reality
AR
Augmented Reality
虚拟现实
纯虚拟
增强现实
虚拟+现实
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增强现实
增强现实技术（Augmented Reality， AR），是一种实时地计算 观察者的位置及角度并生成虚拟图像并进行叠加显示的技术，这种 技术的目标是把虚拟内容套在现实世界并进行互动。
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主要的 VR 硬件产品
基于台式机的VR产品
◦ 基于PC的VR ◦ 基于游戏主机的VR
移动VR产品
◦ 基于智能手机的VR
◦ 轻量级移动VR
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Oculus Rift
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HTC Vive
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PlayStation VR
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Samsung Gear VR
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Google Cardboard
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电子游戏
所有三家台式机VR公司Oculus、HTC和索尼都为今年的首发准备 了大量游戏，许多游戏和内容工作室也已经针对VR发布了其游戏主 题。
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娱乐和电影
从质量的角度讲，以VR形式展现电影内容能为观众提供更好的 沉浸式体验。Oculus已经成立了自己的电影工作室Story Studios，制 作原生VR内容。该工作室已经表示，计划制作5部较短的VR动画片。 此外，Oculus还与Felix & Paul Studios工作室合作为Oculus Rift创作VR 内容。
国防军事
FA-18战斗机上HUD（平视显示器）搭载的辅助战斗系统
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基本原理 及 主要技术
基本原理
◦ 混合显示的成像原理
主要技术
◦ 机器学习
◦ 计算机视觉
◦ 人机交互技术
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混合显示
区别于常见的增强现实技术，光学穿透式增强现实设备采用光 学组合器（如半反半透玻璃）直接将虚拟场景同外部世界在人眼中 融合，使用者可以在看到周围真实环境的同时看到计算机产生的增 强信息。
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未来 AR的展望
医疗卫生 科研 教育
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AR与医疗卫生
利用光场技术构建器官模型
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AR与科学研究
利用AR辅助进行气象研究
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AR与教育
使用AR构建的虚拟教师
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总结
各类VR产品将进入快速普及阶段，但 仍有较大发展和优化的空间。 HoloLens类AR产品由于价格昂贵和技术 缺陷等原因仍未被大众完全接受。 高端AR产品技术实现十分困难，很长 时间内只会停留在概念阶段。
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基本原理 及 主要技术
基本原理
◦ 头戴显示器的成像原理
主要技术
◦ 计算机图形技术
◦ 动作捕捉技术
◦ 人机交互技术
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头戴显示器
头戴显示器（Head Mount Display，HMD）是一种可穿戴式显 示装置，一般戴在头上或作为头盔的一部分，通过小型液晶显示屏 显示图像，经过光学系统校正后投射到用户眼中。
正立放大虚像
液晶显示屏 凸透镜
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头戴显示器
为了使用户获得3D的视觉体验，即深度知觉（Depth perception），HMD需要在左右眼显示不同的图像，常用的方法包 括使用双路视频输出，或者将视频按奇偶帧进行时分复用等。
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计算机图形技术
计算机图形学（Computer Graphics，CG）是一种使用数学算法 将二维或三维形体转化为计算机图形的科学，是应用计算机技术生 成虚拟世界的基础，将真实世界的对象物体在相应的三维虚拟世界 中的重构，并保存部分物理属性，逼真的计算机图形可以构筑出以 假乱真的虚拟世界，是使用者产生身临其境的感觉。
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M百度文库crosoft HoloLens
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EyeTap（概念阶段）
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Magic Leap 概念展示
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AR的 应用场景
家庭娱乐 生活 办公
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AR与家庭娱乐
利用HoloLens游玩游戏Minecraft
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AR与生活
利用HoloLens进行视频通话
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AR与办公
利用HoloLens辅助设计
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识别技术
识别（Recognition）技术通过计算机与光学、声学、生物传感 器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，对视野中的人物、场 景、物体等信息进行识别，或利用指纹、虹膜、语音等特征来进行 个人身份的鉴定。
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主要的 AR 硬件产品
单眼式 双眼式
近眼光场式
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Google Glass
什么是VR？
VR = Virtual Reality = 虚拟现实
虚拟现实，或虚拟实境（Virtual Reality），简称 VR 技术，是 指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。