VR与AR技术及应用许中堂

VR与AR技术及应用许中堂

许中堂

天元瑞信通信技术股份有限公司陕西西安710075

摘要：自2014年初Facebook公司以20亿美元收购Oculus（虚拟现实头带设备设计与研发公司）之后，大家的目光都聚焦到这一领域，许多大企业纷纷加入到硬件开发及软件制作的行列里。不到两年的时间里，从全景视频制作、虚拟现实游戏设计、球型摄像机的研发、可穿戴式交互产品设计等基于虚拟现实技术而生的产业链稳步发展。VR与AR技术的发展，使人们实现了现实世界与虚拟世界相互融合与互动的梦想。虚拟现实技术与增强现实技术的产生，对传统的媒体方式进行了天翻地覆的改变。文章的主旨是为了解VR与AR技术并且对其发展历程进行分析，从而展开对其未来发展前景的推测。

关键词：VR与AR技术；虚拟现实；增强现实；应用前景

1定义

VR是英文VirtualReality的简称，即虚拟现实技术阻挡现实世界，为使用者创建一个全数字化、身临其境的体验。20世纪60年代由著名计算机科学家、图灵奖获得者伊万・萨瑟兰美国提出。VR是一种计算机生成的可交互的三维动态效果，将它作为虚拟的背景或环境，与参与者的实体行为产生实时互动的技术。参与者通过VR设备，让虚拟世界的视角与真实的摇摆、旋转、行走等行为动作完全匹配。简单的说，就是让参与者带上虚拟现实头戴设备、仿真交互手套（手部跟踪器）、眼睛视向跟踪器等硬件设备，通过实时性运动追踪，同时在虚拟场景中产生互动的行为，从而达到沉浸式仿真效果。VR一般使用不透光的显示设备，用户不能看到外部世界，完全沉浸于虚拟世界中。

AR是英文AugmentedReality的简称，即增强现实技术，在使用者的现实世界叠加数字创建的内容。这种技术是1990年提出的，其目的为了将真实的信息与虚拟世界的信息同时显示出来。这两种信息相互补充、叠加在显示器里把虚拟世界堆叠在现实世界中，并进行实时地计算摄影机影像的位置及角度，使虚拟影像与真实世界产生完全匹配并且实时互动。AR一般采用透明的设备或者通过带有摄像头的显示屏。通过这些设备，用户可以看到虚拟信息和图像加载到现实世界的景象。

MR（MixedReality），即混合现实：在使用者的现实世界叠加您可以与之互动的数字创建内容。

2应用

2.1医疗

AR/VR/MR在医界（医院及医学院）越来越受到重视，其最大的两个原因是节省时间/降低成本（E/T/PS）。

目前已经有很多医学院/医院使用AR/VR/MR来进行教学或外科手术训练。在教学上，学生戴上AR/VR眼镜观看3D立体的人体结构及器官，甚至可以"取出"某一器官来做更仔细的观察。在外科手术训练上，学生或实习医生戴上AR/VR眼镜，通过3D全息解剖（HolographicAnatomy）程序来对着虚拟尸体进行手术练习。这可以让学生节省十个小时在传统尸体实验室内，更实际的ㄧ点是，大体并不容易取得，因此手术仿真可以减轻医院或学校在这方面的负担。

2.2学校教育

使用AR/VR可以为各级学校的学生提供身临其境的多感官的体验，比起传统的讲课、字卡图卡、或教科书等方法更有效。下面提出几个例子提供参考：

教到太阳系行星时，以AR/MR/VR来显示3D立体行星运转画面，学生利用控制器可点选某个星球，用以带出更详细的信息。

地理课以AR/MR/VR显示3D立体地球仪，学生可以由各个角度来观看，点选某个国家可以来带出该国家的详细信息。

化学课以VR先让学生仿真实验过程，让学生熟悉步骤以及可能发生爆炸或起火的错误操作，这样在真正实验时就可以有效避免危险事故的发生。

教科书或课外书都可搭配行动装置或AR眼镜，在特定页面显示3D立体画面及相关信息，增加学生印象，让学生更容易理解，并提升上课或学习兴趣。

2.3艺术和才艺

戴VR去参观著名的动物园、博物馆或是课本上提到的历史景点、地标或是建筑，以你自己的速度来欣赏它们，甚至还可以配合动画显示，来加深印象与了解。应用程序会根据你目前正在观看的事物在荧幕上提供详细介绍资讯。

在才艺学习方面，AR眼镜可以协助指导您按照步骤学习乐器、绘画、雕刻、编织等才艺。尤其对于开始学习乐器的学生，搭配AR眼镜及相关应用程序，可以显示各种乐器的指法及乐谱，陪练、纠错并记录过程，让生手可以轻松上手。

2.4健身/运动

当你在户外或野外骑车、跑步或健走时，AR眼镜可以即时显示心跳、疲劳、卡路里消耗、目标及更多其它更多显示的资讯，例如地图及GPS定位等。

未来在健身房，不再只能无聊的看着眼前挂着的电视荧幕跑步、骑脚踏车、或是做重量训练，你可以透过VR（或MR）头戴式装置，选择在塞纳河畔，或是其它你想经历的路段，骑脚踏车、滑雪、划船、或是跑步。脚踏车、跑步机等健身器材会根据你经历的虚拟所在位置，调整上坡或下坡角度、阻力、甚至可以感受地面或河面的震动，同时，所有相关资讯也会显示在装置荧幕上。

学校当然也能享受到这样的应用所带来的好处，例如以VR搭配相关应用程序及感测元件，来训练足球守门员防守、棒球打击练习、或是网球挥拍等的训练，如此不但不受天候影响，同时也只需一点点室内场地就可以进行训练。

除了教育训练外，AR/VR/MR在生活上的应用更是无限宽广，充满想像空间的。笔者认为AR/MR会是将来的主流，因为它们并未跳脱现实世界，因此比较容易融入现实生活、教育及工作上；AR可以在行动装置（特别是手机）上灵活运用，AR眼镜可以做到很轻巧，价格也持续下降，因此AR应该会成为未来生活不可或缺的ㄧ项随身工具，若搭配AI（ArtificialIntelligence）更像是配备了贴身智能助理。而VR主要应用会在创造虚拟的沉浸体验，以成本高、危险、或现实世界不容易取得的经验为主要应用需求。

6月17日-18日，在浙江嘉兴召开的2017国际VR/AR技术与产业大会，来自VR/AR领域的国内外知名专家学者，以及VR/AR研究机构、行业龙头企业、资本机构、政府有关部门等嘉宾齐聚，共同探讨VR/AR技术与产业发展。会上，中国电子学会发布了《2017VR/AR技术与产业研究报告》。

经过多年的发展，VR在军事、航空、智慧城市等许多行业取得了令人瞩目的成果，成为行业发展的新信息技术支撑平台。并预测，VR+将会成为未来发展趋势，并将形成大众消费类VR产业，行业类VR产业，专业化VR产业三类新型产业。十年之内，将会形成一批有颠覆性影响的行业应用系统及软硬件支撑平台。

3结束语

随着VR与AR技术新的交互方式的研发：比如手势识别、视网膜识别等。虚拟现实与增强现实技术会更加完善，这些技术将会在不同应用领域带来全新的体验。

从VR/AR的发展趋势来看，行业的发展越来越趋向于轻量化、移动化、开放化、快捷化、完善化、普及化。而装备制造应用是虚拟现实技术的重要应用领域之一，在此领域中，VR/AR中的大规模场景真实感建模技术、复杂异构数据转换与集成技术、复杂对象的物理行为建模技术等关键技术都可应用到企业中来，为社会创造更大的财富。

参考文献：

[1]董璐茜，VR与AR技术的发展与前景2013（4）：81-82

[2]新华网中国电子学会发布《2017VR/AR技术与产业研究报告》2017-6-19