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作者: 董璐茜

摘 要：VR和AR技术的发展，让人们实现真实世界与虚幻世界有机融合和互动的愿望。虚拟现实和增强现实技术的形成，对传统的媒体方法发生了翻天覆地的变化。虚拟现实和增强现实技术的形成极大地改变了传统的媒体方法。本文的主题是了解虚拟现实和AR技术，分析发展历史，然后推断未来的发展前景。
　　关键词:虚拟现实和AR技术；虚拟现实；增强现实；发展过程；前景前景
　　近年来，随着虚拟现实和AR技术的研发和进步，人们对虚拟现实的接受度越来越高。自2014年初Facebook企业以20亿美元收购Oculus(虚拟现实带设备设计与研发公司)以来，大家都关注这一领域，很多大企业都加入了硬件开发和软件生产的行列。在不到两年的时间里，基于虚拟现实的产业链蓬勃发展，如全景视频制作、虚拟现实游戏设计、球形相机开发、可穿戴互动产品设计等。
　　1 VR和AR是什么意思？
　　VR是英语Virtual Reality简称，即虚拟现实。20世纪60年代，著名计算机科学家、图灵奖得主伊万・萨瑟兰（Ivan Sutherland）美国提出。虚拟现实是计算机产生的一种可交互的三维动画效果，将其作为虚拟环境或环境，与参与者的实体行为进行即时交流。根据VR设备，参与者将虚拟世界的角度与真实的摆动、旋转、行走等行为完全匹配。简单来说，就是让参与者携带设备(头部跟踪器)的虚拟现实、模拟交互式手套(手臂跟踪器)、双眼视向跟踪器等硬件配置，通过实时运动跟踪，在虚拟场景中产生互动，达到沉浸式仿真效果。虚拟现实通常使用不透明的显示系统，客户看不到外部世界，完全沉迷于虚拟世界。
　　AR是英文Augmented 简称Reality，即增强现实技术。这一理论是在1990年提出的，旨在同时显示真实信息和虚拟世界的信息。这些信息相互补充和积累，在现实世界中叠加虚幻世界，实时计算摄像头图像的位置和视角，使虚拟图像与现实世界完全匹配，并立即交流。根据含有摄像头的显示器，AR通常使用透明设备或显示器。用户可以看到虚拟信息和图像在现实世界中加载的风景。
　　2 虚拟现实与AR技术的研究与发展
　　1961年，美国Philco公司创造了头戴式显示设备。该系统的原理是利用磁石的磁效应。相机和测试人员分别设置在两个不同的房间里，根据测试人员的头部旋转来调整相机的位置和视角，以观察另一间卧室的风景。这也是历史上第一个完成实时监控的实验。
　　1968年，第一台虚拟现实原型机推出。哈佛大学电气专业副教授伊万发明了这款名为“达摩克利斯之刃”的头戴式显示器・萨瑟兰――今天著名的计算机科学家，图灵奖得主。整个系统可以将二维线图转换成三维图像，投射到客户头顶的天花板上，通过手动控制连接轴和佩戴设备获得虚拟图像。
　　未来，随着虚拟现实技术的研发和发展，头戴显示系统交互水平的尝试和优化得到了显著提高。最原始的头戴式显示设备，以全景的形式观看电影或展示游戏，但很难实现交互功能。显示器显示视角与人眼相似。人眼的角度极限约为垂直方向150度，水平方向230度，如果屏幕大小接近视角范围，就会给人一种身临其境的感觉。
　　帕尔默，南加州大学的工程师・拉奇设计开发了几台头戴机的原型机。Oculuss建立后 VR企业。Oculus于2012年启动 Rift众筹活动最终以974%的众筹目标获得243万美元资产。这个资产让Oculusus Rift从原形升级为投入量产的商业产品。
　　2014年3月，Facebook以20亿美元收购Oculus VR还创建了高水平的软硬件研发部门，为用户带来更高水平的虚拟现实体验。
　　随后，各大公司投资谷歌、索尼等虚拟现实设备，HTC、三星等。
　　增强现实和虚拟现实的发展离不开人们对某些特定领域的特殊要求。例如，军队的模拟作战训练和航天器的模拟模拟都促进了项目的研发。1961年，美国空军路易斯・罗森伯格在阿姆斯特朗实验室开发了远程操作系统Virtuall Fixtures[1]。然后，研究内容转向增强现实，即如何将虚拟图像积累到客户的现实世界画面中。
　　一九九八年，世界上第一次成功地将增强现实技术应用于电视节目的实时直播。美国电视台大胆应用了1st & Ten系统将在橄榄球比赛中用黄色线框在屏幕上标记可攻击区域，完成电视屏幕上的可视化。
　　1999年，奈良先锋科技学院加藤弘教授开发了ARTolkittt，以增强现实开发环境――运用C 语言允许编程人员快速撰写增强实际应用程序库。加强现实过程开发的难点在于如何准确地将实际发生的运动轨迹与虚拟图像对齐，并将虚拟图像实时覆盖到显示窗口。利用该系统提供的快速准确的标记跟踪功能，完成了提高交易水平的现实实践。
　　2005年，开发人员可以将ARTolkit与软件开发工具包起来（SDK）结合手机摄像头的视频跟踪功能，实时计算摄像头与真实环境中特殊标志之间的相对方向。这一实践被认为是一场增强现实的技术革命，这意味着从试验阶段到商业实践的增强现实技术。
　　谷歌于2013年4月发布了谷歌眼镜。这种AR设备立即将信息积累到眼镜上。
　　2015年，微软开发了增强现实眼镜Hololens。该设备采用全系列技术，使眼镜在现实世界中重叠虚拟图像。只有佩戴者才能看到虚拟图像。眼镜将根据佩戴者的移动位置和视觉运动方向自动调整三维虚拟图像的位置和视角，然后将实时跟踪图像传输到眼镜中。佩戴者与虚拟物体的互动也可以通过动作捕捉来完成。
　　增强现实技术在各行各业都有很多发展和应用。例如，AR技术用于军事，将统计数据和导航信息叠加到导航帽中；在医疗方面，CT扫描结果根据移动终端累积到身体的不同部位，方便医生随时观察患者的病情；在学前教育层面，采用增强现实技术，将三维模型与教学书籍相结合，使用移动终端，让儿童完成身临其境的教学，提高教学质量；在娱乐层面，许多公司开发了改进现实的游戏，让玩家在实际环境中与虚拟角色互动。许多案例表明，增强现实技术在工业、商业、教育等研究中具有巨大的潜力。 3 VR和AR的前景展望
　　美国著名第三方研究机构Manatttt来自美国 Digital Media和Digi-根据Capital投资银行2015年发布的数据，根据目前市场预测，2020年全球虚拟现实和增强现实市场容量将达到1500亿美元。 3 VR和AR的前景展望
　　美国著名的第三方研究机构Manatt Digital Media和Digi-根据Capital投资银行2015年发布的数据，根据当前市场预测，2020年全球虚拟现实和增强现实市场容量将达到1500亿美元。将开发更多相关的硬件和程序。在进一步研发中，应优化目前遇到的技术难点。
　　在硬件方面，有以下问题需要解决：
(1)设备重量及佩戴舒适性差
　　Oculus Rift DK2 净重为453克，加上数据线、电源接线等附属设备，净重丰富。
(2)设备跟踪系统精度低
　　目前，虚拟设备还需要添加其他辅助设备来提高精度。Oculus Rift DK2 在面板上安装红外标记点，配合红外摄像头实现“位置跟踪”。
(3)物理运动引起的眩晕感
　　人眼根据两个系统感知深度信息，一个是双眼视差，另一个是不同间距下人眼晶状体的变形程度。眩晕的主要原因是视觉上感觉到的运动信息和身体上感觉到的运动信息的区别。
(4)设备难以实现无线操作
　　目前，VR头戴式显示器采用有线方式连接主机，经常出现涉及、姿势有限等问题。还需要改进无线传输和新电池。
(5)设备的显示精度不高
　　Oculus Rift 单目分辨率为960×1080 眼睛合在一起的像素是1920超清标准。短期内无法达到4K的清晰度。
　　4 结语
　　随着VR与AR技术新交互技术的发展，如手势识别、视网膜识别等。虚拟现实和增强现实技术将更加全面，这些技术将在不同的主要用途中产生新的体验。
　　参考文献
[1]诺尔，迈克尔(1998年9月21日)[Z].搜索22、2014、4，福布斯.
[2]罗森伯格・L・B.虚拟设备的认知覆盖可以提高远程环境的运行[R].al技术报告-tr-美国空军阿姆斯壮实验室，莱特帕特森空军基地，1992.

　　作者简介:董璐茜(1982年2月)、女、汉族、陕西西安、西安美术学院、双硕士(英国)、助课、研究内容:数字特效、数字互动、视觉传达。

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