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2016年12月28日 星期三


5 Futuristic VR Technology Inventions Coming in 2017



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本文共梳理與虛擬現實相關的 15 項核心技術。

VR 價值論(價值菌:微信號勾搭:vr-jzj)都將為從業者,梳理一份與虛擬現實相關的資料。

今天,我們將呈現,當前虛擬現實系統的核心技術,其中包括:與交互體驗相關的力回饋技術、動作捕捉技術,3D 立體技術等,共計 15 項。

如果您對虛擬現實系統感興趣,並想瞭解、學習與虛擬現實相關的核心技術,本篇梳理值得您收藏。

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電腦圖形學

電腦圖形學主要研究,如何在電腦中表示圖形、以及利用電腦進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法。

處理技術上,圖形主要分為兩類:
一類是由線條組成的圖形,如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等;
另一類是類似於照片的明暗圖 (Shading),也就是通常所說的真實感圖形。

仿真技術

以控制論、系統論、相似原理和資訊技術為基礎,以電腦和專用設備為工具,利用系統模型對實際的 或設想的系統進行動態試驗。

如:汽車或飛機的駕駛訓練模擬器,即應用仿真技術。

三維虛擬聲音的實現技術

三維虛擬聲音在虛擬場景中,使用戶能夠準確地判斷出聲源的精確位置,符合人們在真實境界中聽覺方式。

虛擬環繞聲技術價值在於:使用兩個音箱模擬出環繞聲的效果,不過無法和真正的家庭影院相比,此外,該技術普遍對聽音位置要求較高。

碰撞檢測技術

在虛擬世界中,由於用戶與虛擬世界的交互,及虛擬世界中物體的相互運動,物體之間經常會出現發生相碰的情況。

所以,碰撞檢測經常用來檢測兩對象是否相互作用,以保證虛擬世界的真實性,並及時更新場景輸出,否則就會發生穿透現象。

由於虛擬現實系統中,有較高即時性的要求,要求碰撞檢測必須在很短的時間(如 30~50ms)完成,因而碰撞檢測,成了虛擬現實系統,與其他即時仿真系統的瓶頸,碰撞檢測是虛擬現實系統研究的一個重要技術。

三維建模技術

三維建模一般主要是三維視覺建模。三維視覺建模可分為幾何建模、物理建模、行為建模。

常見有 Autodesk 旗下的 3DMAX、MAYA 以及工業領域常用的法國達索集團的 CATIA 和 SolidWorks、美國 PTC 公司的 Pro/Engineer、西門子公司的 UG(Unigraphics NX)等。

三維顯示技術

三維顯示技術更多的是硬體相關的,如立體投影設備、立體顯示器、VR 頭盔、VR 眼鏡等。

力反饋技術

與交互體驗相關的技術。

力反饋主要通過各種高精尖馬達,和傳感器配合,來進行觸覺的模擬。

初級比如遊戲手柄的震動反饋,進階級比如用於物理康復訓練的相關設備,工業級用於裝配維修,模擬的力反饋設備,甚至是用於遠端醫療和醫療科研,相關的力反饋設備。

動作捕捉技術

這是與交互體驗相關的技術。

動作技術涉及尺寸測量、物理空間裡物體的定位,及方位測定等方面,可以由電腦直接理解處理的數據。在運動物體的關鍵部位設置跟蹤器,由 Motion capture 系統,捕捉跟蹤器位置,再經過計算機電腦處理後,得到三維空間坐標的數據。

常用的運動捕捉技術,從原理上說可分為機械式、聲學式、電磁式、主動光學式和被動光學式。

環境建模技術

即虛擬環境的建立,目的是獲取實際三維環境的三維數據,並根據應用的需要,利用獲取的三維數據,建立相應的虛擬環境模型。

立體聲合成和立體顯示技術

技術在虛擬現實系統中,消除聲音的方向,與用戶頭部運動的相關性,同時在複雜的場景中,即時生成立體圖形。

立體顯示是虛擬現實的關鍵技術之一,它使人在虛擬世界裡,具有更強的沈浸感,立體顯示的引入,可以使各種模擬器的仿真更加逼真。

目前,立體顯示技術主要以,佩戴立體眼鏡等輔助工具,來觀看立體影像。隨著人們對觀影要求的不斷提高,由非裸眼式向裸眼式的技術升級,成為發展重點和趨勢。

比較有代表性的技術有:分色技術、分光技術、分時技術、光柵技術、全像顯示技術。

交互技術

在電腦系統提供的虛擬空間中,人可以使用眼睛、耳朵、皮膚、手勢和語音等各種感覺方式,直接與之發生交互,這就是虛擬環境下的人機自然交互技術。

在虛擬現實領域中,較為常用的交互技術,主要有手勢辨識、臉部表情的辨識、眼動跟蹤,以及語音辨識等。

系統整合技術

由於虛擬現實系統中,包括大量的感知資訊和模型,因此系統的集成技術為重中之重:包括資訊同步技術、模型標定技術、數據轉換技術、辨識和合成技術等等。

動態環境建模技術

虛擬環境的建立,是虛擬現實技術的核心內容。

動態環境建模技術的目的,是獲取實際環境的三維數據,並根據應用的需要,利用獲取的三維數據,建立相應的虛擬環境模型。

三維數據的獲取,可以採用 CAD 技術(有規則的環境),而更多的環境,則需要採用非接觸式的視覺建模技術,兩者的有機結合,可以有效地提高數據獲取的效率。

即時三維圖形生成技術
三維圖形的生成技術已經較為成熟,但何時達成實時是關鍵。
為了達到實時的目的,至少要保證圖形的刷新率,不低於 15 楨/秒,最好是高於 30 楨/秒。

在不降低圖形的品質和複雜度的前提下,如何提高刷新頻率是該技術的研究內容。

立體顯示和傳感器技術 

虛擬現實的交互能力,依賴於立體顯示和傳感器技術的發展。

現有的虛擬現實,還遠遠不能滿足系統的需要,例如,數據手套有延遲大、分辨率低、作用範圍小、使用不便等缺點;虛擬現實設備的跟蹤精度和跟蹤範圍,也有待提高,因此有必要開發新的三維顯示技術。

真實感即時繪製技術

虛擬世界的產生,不僅需要真實的立體感,而且虛擬世界還必須即時生成,這就必須要採用真實感即時繪製技術。

真實感即時繪製,是在當前圖形算法,和硬體條件限制下,提出的在一定時間內完成,真實感繪製的技術。

「真實感」的涵義包括幾何真實感、行為真實感和光照真實感

「即時」的涵義,則包括對運動對象位置和姿態的即時計算,與動態繪製,畫面更新達到人眼觀察不到閃爍的程度,並且系統對用戶的輸入,能立即做出反應,並產生相應場景,以及事件的同步。

要求當用戶的視點改變時,圖形顯示速度也必須跟上視點的改變速度,否則就會產生遲滯現象。

本篇梳理部分資料參考來源:知乎作者 世界兩側 就《想要學下虛擬現實技術需要學習哪些方面的知識?》的回答;百度知道用戶 經期衛士、甘景鋒;婁岩《虛擬現實與增強現實技術概論》;百度百科。
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