虚拟现实技术的起源与发展

大家好!今天我给大家介绍一下VR(虚拟现实)的技术起源和背景,让大家对VR有一个基本的概念。虽然现在VR的概念非常火热,很多人都在谈论VR,但其实在大众眼里,很多人对于VR本身是一种什么样的技术和原理,能感受到什么样的体验,还是没有直观的感受。

提到VR或者立体,你可能首先想到的是3D电视,但实际上和3D电视所呈现的3D体验是完全不同的。可以说是3D体验的一次质的飞跃。

VR技术的起源其实很早。人类在上个世纪就发现了这种方式,各个国家将其用于间谍活动等领域。是通过什么方式实现的?其实我们是用一个近场虚像来欺骗我们的眼睛。我们的左右眼相当于两个摄像头,两个摄像头在不停地拍两张照片。当两幅图像最终重叠,信息组合成一幅画面时,我们看到的是一个深层的信息。左眼和右眼之间有相位差,所以两眼之间会有重叠区域。当然,左眼能看到的左边或右边比右眼多,所以图像的位置会有差距。当它们重叠时,我们看到的是景深。其实这个原理也适用于其他产品,也和VR有关,所以今天我们还是说说VR最基本的成像原理。

在3D影像最早的时候,人们就开始研究这种影像能达到什么样的效果,然后基于不断的研究,在90年代出现了对VR的产品挑战。相信喜欢玩电子游戏的各位一定都知道任天堂,他们居然做出了这样的VR题材。但由于当时技术有限,显示技术不行,像素颗粒感很强,处理器性能不够,导致其刷新率不够,图像精度差。然后整体的体验感觉就像一张放大的非常模糊的图片。对于用户来说,我们眼睛感知的图像质量是非常高的。这种低画质低刷新率连最基本的图像清晰度都保证不了,最后失败了,但这并不代表VR技术是一个错误的方向。

那么为什么VR技术在今天被挑起来,人们还有那么高的热情去关注它呢?是因为这项技术整体上已经到了商业化的阶段。光学其实是研究了很多年的东西。VR对于现有的面板,光学系统发现它有改进的空间,光学系统为它做一个单独的、特殊的定制,来配合我们的面板更好的显示,同时也能到达我们的眼睛。同时,我们的眼睛在观看这个画面的时候,也尽量不会看到屏幕上的瑕疵。当然这和他们自己的分辨率和像素有关系,具体细节就不展开了。

然后实现了一个光学系统,它有一个显示部分,通过一个透镜把两个不同的画面投射到人的眼睛里。基于液晶面板高达2K甚至4K,解决了画面清晰度的问题。同时为了解决头晕的问题,提高了液晶面板的刷新率。刷新率提高了之后,第一步已经解决了,剩下的就是传感器了。

其实在3D世界里,看一个静止的3D画面是相当无聊的,所以当VR出现的时候,人们开始在VR中观看3D电影,这也是目前市场上普遍看到的一种场景应用方式。目前人们可以玩3D效果的游戏,但是这个游戏怎么玩呢?它依靠的是我们手机里的传感器,也就是九轴陀螺仪。在九轴陀螺仪的帮助下,可以跟踪头部的运动。在虚拟世界,也就是数字世界里,建立一个模型,或者一个有两个摄像头的窗口,通过这两个摄像头的窗口模拟一个我们眼睛看到的场景,然后把我们眼睛看到的场景和我们的视觉重叠,让人产生一种视觉上的误差。同时,通过这个陀螺仪,可以将现有的静止画面转化为完整真实的3D世界。3D本身已经发展了很多年。很多人都想知道,当我玩游戏真的变成那个角色的时候,这个世界会是什么样子,所以VR为大家提供了这种可能性。当人们进入游戏角色或者实现某种功能的时候,那两个摄像头其实已经取代了我们的眼睛。人们看到的是一个真实的3D世界,当然还有一件事就是戴上耳机,让我完全把自己和现有的真实环境隔离开来,让我真正进入那个3D场景。

现在新闻领域也有相关的应用场景。以前看新闻,只能根据镜头的视野来看自己看到了什么角度。其实可能在另一个地方。可能是另一个故事,即使是同一个画面。然后我就可以转头全景记录了。通过这个,我可以真正地站在那个场景中,从我的视角观察整个事件,而不仅仅是从我自己相机的有限角度。因为有时候这种认知是有启发性的,我想每个人都一定有做媒体的经历。你可能不太了解事件的另一部分,我们可能也不知道接下来发生了什么。其实现在也有一些事件发生,比如一些警察打人的负面新闻。其实换个角度看,我们发现事实并非如此。其实有因有果,我们也不知道旁边发生了什么。

然后,另一个场景在我们玩的游戏里,游戏也是一样的。我们建立一个全景3D模型,你可以自己进入场景。同时,借助传感器、屏幕和光学系统,让玩家完全融入游戏。比如我就是角色本身。我可以在游戏中前进。当然,解决了空间定位之后,我们还可以更进一步。即使在一个空间里,我也能移动。当我左右转动我的头时,我实际上随着3D角色的图片旋转相机,我们看到它的方式是完全一样的。那么在这种情况下,我们完全可以进入角色本身,这样你对这个场景的融入感就会很强。

当然,游戏只是VR技术的应用方向之一。事实上,它有许多应用,因此它可以用于教育、医疗培训和虚拟仿真领域。当然,为什么大家这么关注VR,也是因为VR有太多的想象空间,会有很多方式去做它的内容。之前很多传统的教育训练方式都无法让我们体验到这种身临其境的感觉,而VR给了我们这样一种可能。