分析虚拟现实技术的应用现状及发展

来源：职称驿站所属分类：电子技术论文
发布时间：2022-03-24浏览：9188次

　　摘要：随着社会生产力不断提升，各种新兴的技术开始不断涌现，其中虚拟现实技术在现阶段获得了极大的发展空间。该技术可以让用户应用计算机建立一个三维的立体动态虚拟环境，在此环境中可以实现用户之间的活动与交流。为更好促进虚拟现实技术在后续的发展与应用，文章介绍了虚拟现实技术的应用现状，并且提出相应的发展对策，期望能够为相关人员提供参考。

　　关键词：虚拟现实技术;应用现状;发展研究;对策;

成都信息工程学院学报

　　《成都信息工程学院学报》(双月刊)创刊于1986年，由成都信息工程学院主办。是中国科技核心期刊，是立足本校、面向国内外科技工作者的学术期刊。

　　随着信息技术不断发展，在各行各业都得到广泛的应用。现阶段，人们可以通过电视、手机等通讯设备，及时获取自己想要的信息。但是部分信息在获取的过程中比较抽象，人们不能直接对其进行理解、应用，为解决这种问题，虚拟现实技术应运而生。人们可以利用其人机交互的能力，对虚拟世界中的对象进行感知与操作，更好地对其进行理解、掌握。因此，文章对虚拟现实技术的应用现状及发展的研究分析，具有重要的现实意义。

　　1 虚拟现实技术的概念内涵

　　在现代科技的蓬勃发展过程中，虚拟现实技术具有独特的性质，能够依托各种先进的电子信息技术，以计算机设备为运行平台，创建先进的立体虚拟空间。虚拟现实技术的综合应用，能够为用户提供更加广阔的使用空间，能够使其获得更加直观的体验感，方便对虚拟空间的各项操作，实现模拟体验的最佳化。环境模拟、感知、自然技能以及传感器设备等内容构成了虚拟现实技术的有效应用。其中，环境模拟技术能够呈现出三维立体图像，并且质量非常高。感知是指虚拟现实对人处于理想状态的感知能力。

　　2 虚拟现实技术特征及其系统的关键技术

　　现阶段，虚拟现实技术可以为用户提供各种直观、自然的实时功能，达到交互效果，是减少用户工作量并提高整体系统效率的一种先进的接口应用。因此，虚拟现实技术具有以下几个重要特性。

　　2.1 多感知性

　　除视觉的感知外，所谓的多种感官诱发引导物质还包括对听觉、力量、触觉和体育运动的感知，甚至是味觉和嗅觉。

　　2.2 存在感

　　存在感也可以称为现场感，它能够直观呈现出一个用户在这种模拟情景中作为一个主角所能够体验到的现实性和虚幻化程度。其中，模拟技术应用于理想的仿真环境中，可以达到用户难以区别真假的程度。

　　2.3 交互性

　　用户可以通过自定义的一个模拟环境中物体对象的可操控程度和其他物体对于真实环境的各种自然回应程度，使用户在一个虚拟环境中感受到真实的环境感觉。

　　2.4 自主性

　　自主性技术是指一个物体在虚拟环境中按照一定的物理规律正常运行的能力水平，在虚拟现实系统中核心技术主要有动态环境仿真技术、实时三维立体图形技术等。其中，动态环境建模技术的研究目标之一就是根据实际应用场景需求来获取现实环境中的三维立体数据，并通过所获得的三维立体数据来制作合适的现实环境模型。三维立体技术的核心就是实时创造，其中立体化的显示及触控技术是虚拟现实中交互的核心。

　　3 虚拟现实技术应用现状

　　3.1 国外虚拟现实发展现状

　　3.1.1 在美国的研究现状

　　美国是虚拟现实技术研究的发源地，目前大部分研究机构都位于美国，其中艾姆斯研究中心有很多关于虚拟现实的研究成果。早在1981年，该学院研究中心就已经针对虚拟视觉环境映射系统项目的应用进行了深入的研究，然后开发了关于虚拟接口和界面环境映射系统的工作站。艾姆斯实验室目前正在投入运行一个被称为探索虚拟星球的测试项目，这个测试项目允许设备能够利用其虚拟的环境去探索遥远的太阳系和地球。另外，波音公司已经开始使用虚拟现实技术，波音777运输机在其设计的生产过程中已经大量实现了无纸化，而且还使用自己研究和开发的虚拟现实系统把虚拟环境与真实的环境进行了重新叠加，在虚拟的模板上展示出所有需要生产和加工的零配件。工人可以依靠模板来控制替代加工方法的尺寸，从而极大简化替代加工的操作过程。

　　3.1.2 在欧洲的研究现状

　　在欧洲，英国布里斯托尔公司设计和开发的DVS软件系统被认为是一种比某些标准化操作系统环境更优越的软件系统。该公司也为客户提供预DVS语言的编辑环境，在这类语言中，虚拟现实可以划分为三类：真实环境定义、虚拟环境管理以及虚拟环境显示。每个类型都有一个门驱动模型，DVS软件强制每个驱动程序都要执行不同的任务。英国在虚拟现实技术的研究和开发上，在某些方面一直都处于欧洲领先水平，尤其是分布式并行处理、配件开发、触感反馈及其应用等。

　　3.1.3 在日本的研究现状

　　日本对虚拟现实技术的开发也在其他相关领域的科学研究中起到重要作用，其在构建虚拟知识库以及虚拟现实网络游戏等各个环节上都取得了长足的进步。东京大学原岛实验室对人脸表情提取、三维立体结构判定以及三维立体形状图像表示进行了研究。东京大学精密与智能实验室正在研究一种名为便笺存储器地址寄存器的人性化接口，该接口可以被用来创建三维立体模型。

　　3.2 我国虚拟现实技术的现状

　　在虚拟现实技术的不断发展中，我国也开始对该技术加以关注。在十三五规划中就有关于该技术的明确规定，国家将积极扶持虚拟现实等新兴技术领域，并且不断增加新兴产业的发展，加大科学技术的持续创新，这无疑给虚拟现实技术创造更多的机遇。随之，资本市场上涌现各种关于虚拟现实技术的学习会和媒体报道。市场的活跃程度、人气和受关注率得到提高，预示着该技术将在不远的将来迎来行业发展的春天，能够在竞争激烈的市场环境中占据一席之地。另外，虚拟现实技术并不是近几年才开始出现的一种技术。根据相关数据显示，研究工作者于1980年代就已经提出先进的技术理论和概念，但在当时的商业环境中并未受到太多关注。Facebook在2014年7月宣布以20亿美元的价格收购Oculus,使虚拟现实技术重新回到大众视野内，该收购行为还被外界视为未来买单的举措，该技术也向公众展示出更重大的进步和发展。在收购事件后，虚拟现实技术的受众和产品种类空前增长，以该技术为核心的市场规模开始进入全面发展阶段。

　　至2020年，以虚拟现实技术为依托的市场进入成熟阶段，其发展前景不容忽视。虚拟现实产业未来的发展，有赖于产业自身软硬件的正确配置，从而真正形成虚拟现实产业系统化、自然的产业链。虚拟现实行业各种新的制作方式和思路的出现，很大程度上契合了大型游戏团队服务团队的特点和用户服务内容的需求。就实际开发而言，在虚拟现实行业具有良好前景的游戏开发团队，无疑是一支拥有高水平IP资源和广泛受众的庞大游戏开发团队。同时VR技术是一个高投资、高复杂度的高科技领域。

　　与国外一些先进国家相比，我国在虚拟现实技术的研究仍然处于发展的初级阶段，还需要不断进行各种研究来丰富实验成果，以便更好为该技术提供更多的发展。经过试验分析，该技术的研究和应用能够加强分布式系统的应用，为虚拟环境的创建和虚拟场景的开发提供支撑作用。为此，国内多家科研院所和高校积极研究和推广该技术，现阶段已经取得一定的效果。

　　4 虚拟现实技术发展中的不足

　　4.1 行业发展迅速而杂乱，市场规范缺失

　　随着虚拟现实技术的飞速发展，虚拟现实几乎与所有行业都有重叠。随着行业的快速发展，也出现许多虚拟现实技术被滥用的状况。由于行业标准和监督机制的严重缺失，产品质量参差不齐，很多价格低廉的虚拟现实技术产品盛行，市场制度混乱。一些对劣质素材没有进行深度研究的高级素材，特别是VR教育领域，直接针对低年级用户。这无助于我国虚拟现实技术和产业发展，甚至会引起一些社会问题。

　　4.2 相应配件生产率低，技术存在不足

　　在虚拟现实产品行业，两大芯片分别是高分辨率微显示器和低功耗、高性能的计算机芯片。目前，索尼、kop-in等国内厂商已经成为高清微显芯片的主要生产商，而京东方等与这些高清微显芯片相比还有一定的技术水平和优势。在高性能的计算机芯片领域，高通、英伟达等具有强大优势，国内厂商很难与之抗衡。此外，HTC、索尼、惠普和三星目前在虚拟现实产品行业的主要虚拟现实中也有很大的市场份额。本土知名品牌如果缺乏这样的基本设备，会使我国虚拟现实产品在行业内处于劣势，错失了制定相应的国际产品标准及其市场规律的契合点。在软件设计方面，三维立体引擎本身就是VR技术的重要核心，引擎被认为是各种技术和工具的结合，受到了大量有经验的发动机设计师的影响，因此，只有通过努力积累才能够制作和设计生产出完美的新型引擎。相比于在硬件层次上国产原创性设备受众群体偏少，导致国产软件基础平台的应用处境也不容乐观。目前在所有面向社会公众开放、用于VR技术研究和开发的全球性主流软件导航器引擎中，几乎没有一款是属于国内的。在这种情况下，国内没有适用的基础平台，仅依靠国外的先进技术，不利于国内VR产业的发展。

　　4.3 VR技术引发的健康问题被忽视

　　现阶段，随着科学技术不断发展，虚拟现实技术也开始走进人们的生活，该技术的用户群体开始越来越年轻化。随着虚拟现实技术不断发展与完善，用户沉浸在虚拟现实中的时间越来越长。由于缺乏研究数据，学术界关于长期使用沉浸式虚拟现实的健康后果还没有普遍接受的结论，人们无法准确评估这一问题带来的潜在威胁。由于VR技术带来的是全新产品，制造商在人体工程学等方面也缺乏设计专业知识，这进一步加剧长时间佩戴和使用设备带来的健康风险。同时需要注意的是，通过设计和技术优化，VR眼镜可以成为超越"自然"维度的医疗产品。在日常教育和生活中适当使用，可以降低青少年近视的发生率。然而，由于目前虚拟现实眼镜制造商对"健康"主题的认识不足，这一潜力尚未得到充分挖掘。公众对VR产品在健康问题的认识，主要来源于与智能手机类电子设备的比较，对VR设备健康问题存在忧虑。

　　5 发展趋势

　　从市场上的几个典型事例，可以看到目前虚拟现实技术及产业发展的一些趋势。

　　5.1 虚拟现实产品成为发展主流

　　在科技不断进步的今天，各行各业对于VR头戴式显示器的需求越来越大。根据互联网数据中心预测数据进行分析，2018年该产品的销量从前一年的800万台增长到1 200万台，并且在接下来的连续五年平均增速为50%左右。按照预测速度，预计到2022年，虚拟现实和增强现实的设备交付量将达到6 800多万台。随着需求量的成倍增长，当初的虚拟现实硬件供应商已经从一家小公司成长为一家商业巨头。例如，目前生产技术过硬的制造厂商有HTC、索尼、三星等。另外，国外的微软公司已经在其操作系统中预装进VR头显的混合现实门户程序，使所有支持微软标准的VR头显都可以与电脑设备进行连接并使用，大大降低VR设备使用的门槛。

　　5.2 VR市场得到业界认可，核心器件厂商正式跟进

　　虚拟现实中核心的显示器元件与移动电脑计算芯片，一直以来都是制约VR行业发展最为重要的两大技术问题。这不仅仅是因为当前的VR技术的不够成熟，没有完善，更是因为之前VR市场的容量比较小。现阶段，在人工智能计算机芯片领域，高通已经发布了一款专门针对VR应用进行优化的845芯片。这种先进的芯片可以为运行系统提供先进的集成式显示信号处理技术，并且可以大幅度提升图像性能，能效比高达30%,同时还能够达到使用超过显示接口的数据传输速度两倍以上。同时，为满足VR技术在应用中的需求，进一步将图形渲染和视觉跟踪技术进行紧密结合，使其能够支持室内空间定位的全方位的自由度，便可以在所处的虚拟现实的环境中进行自由移动。这一系列的新闻事件都标志着，VR的巨大市场潜力已经得到整个产品制造行业的重视和认可。与此同时，这些主要芯片制造商的问题出现也能够解决现有的配套设备的相关问题。例如耳机尺寸、性能与可用程度之间的问题。可以预见，VR头显将在三年内进行一次重大的技术更新，将VR产业水平提高至一个全新的市场层次。

　　6 结论

　　综上所述，目前对虚拟现实技术的研究仅限于计算机接口功能的扩展以及人类感知系统、肌肉和计算机的连接。人脑中数据的存储和处理已成为人类认识客观世界的重要过程，只有认真对待这些问题并想办法解决它们，才能彻底缩小人与信息处理系统之间的差距。可以期待虚拟现实系统成为强大的多维信息处理系统，能够更好地帮助用户进行思考和设计，进一步成为深化现有概念和获取新概念的有力工具。

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