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（二維碼自動識別）

VR是一種綜合性的技術，由三大模組組成，分別是立體顯示技術、場景建模技術和自然互動技術，如圖所示。

本文將向大家簡單介紹以上三種技術的相關知識。

【1】立體顯示技術

立體顯示技術是以人眼的立體視覺原理為依據的。因此，研究人眼的立體視覺機制，掌握立體視覺的規律，對設計立體顯示系統是十分必要的。如果想要在虛擬的世界中看到立體的效果，就需要知道人眼立體視覺產生的原理，然後再用一定的技術透過顯示裝置還原立體三維效果。

（1）HMD頭戴顯示技術

HMD頭戴顯示技術的基本原理是讓影像透過稜鏡反射之後，進入人的雙眼在視網膜中成像，營造出在超短距離內看超大螢幕的效果，而且具備足夠高的解析度。因為頭戴顯示器通常擁有兩個顯示器，而兩個顯示器會由計算機分別驅動向兩隻眼睛提供不同的影象。這樣就形成了雙眼視差，再透過人的大腦將兩個影象融合以獲得深度感知，從而得到立體的影象。

主流的沉浸式虛擬現實頭戴裝置基本上都是基於雙顯示屏技術的，包括Oculus Rift、HTC Vive、Sony Playstation VR、3Glasses、蟻視AntVR等。

（2）全息投影技術

3D全息投影技術可以分為投射全息投影和反射全息投影兩種，是全息攝影技術的逆向展示。和傳統的立體顯示技術利用雙眼視差原理不同，3D全息投影技術可以透過將光線投射在空氣或者特殊的介質上真正呈現3D的影像。人們可以從360度的任何角度觀看影像的不同側面，得到與觀看現實世界中物體完全相同的視覺效果。

目前我們經常看到的各類表演中所使用的全息投影技術都需要用到全息膜這種特殊的介質，而且需要提前在舞臺上做各種精密的光學佈置。雖然看起來效果絢麗無比，但成本高昂，操作複雜，需要專業訓練，並非每個普通人都可以輕鬆享受到。從某種程度上來說，目前的主流商使用的全息投影技術只能被稱作“偽全息投影”。

（3）光場成像技術

神秘的Magic Leap採用了所謂的“光場成像”技術，從某種意義上來說可以算作“準全息投影”技術。其原理是用螺旋狀震動的光纖來形成影象，並直接讓光線從光纖彈射到人的視網膜上。簡單來說，就是用光纖向視網膜直接投射整個數字光場（Digital Lightfield），產生所謂的電影級現實（Cinematic Reality）。

【2】場景建模技術

為了打造完美的虛擬現實體驗，我們需要從零開始構建一個位於異度空間的虛擬世界，或是將現實生活中的場景人物轉化成虛擬世界的一部分。那麼這種虛擬世界又是如何構建的呢？

目前來說，主要透過3D計算機建模和3D實景掃描等方式來實現。

（1）3D計算機建模

先從大多數人比較熟悉也都接觸過的3D計算機建模說起。簡單來說，3D計算機建模就是透過各種三維軟體在虛擬的三維空間中構建出具有三維資料的模型。這個模型又被稱作3D模型，可以透過名為“3D渲染”的過程以二維的平面圖像呈現出來，或是用在各種物理現象的計算機模擬中，或是用3D列印裝置創造出來。

除了遊戲之外，3D計算機建模還廣泛應用在影視、動畫、建築設計和工業產品的設計中。目前在遊戲、影視和動畫領域最常用的3D建模軟體包括3Ds Max、Maya、Cinema4D、Blender、Softimage等，而在建築和工業設計中最常用的則是AutoCAD、Rhino等軟體。

（2）3D掃描

在構建虛擬現實世界的時候，除了使用常規的3D建模技術和實景拍攝技術，我們還可以使用3D掃描技術將真實環境、人物和物體進行快速建模，將實物的立體資訊轉化成計算機可以直接處理的數字模型。

3D掃描器就是利用3D掃描技術將真實世界物體或環境快速建立數字模型的工具。3D掃描器有多種型別，但通常可以分為兩大類：接觸式3D掃描器和非接觸式3D掃描器。目前看來，每種3D掃描技術都存在一定的侷限性和特點。

總的來說，3D掃描技術目前還處於發展的早期階段，仍然欠缺方便易用的消費級解決方案。

（3）SLAM

在AR/MR裝置中，為了讓真實世界與虛擬世界完美地融合在一起，需要使用即時定位與地圖構建技術（SLAM）。目前，微軟的HoloLens裝置就支援SLAM技術。而在AR SDK層面上，Wikitude SDK和蘋果最新推出的ARKit均實現了對SLAM的支援。

【3】 自然互動技術

隨著AR/VR時代的來臨，傳統的互動方式已經遠遠不能滿足人們的需求。因此，模仿人類本能的自然互動技術成為虛擬現實技術的重要基礎。要實現完美的沉浸感，虛擬現實的世界中需要用到哪些自然互動技術呢？

（1）動作捕捉

為了實現和虛擬現實世界中場景和人物之間的自然互動，我們需要捕捉人體的基本動作，包括手勢、身體運動等。實現手勢識別和動作捕捉的主流技術分為兩大類，一類是光學動作捕捉，另一類是非光學動作捕捉。光學動作捕捉包括主動光學捕捉和被動光學捕捉，而非光學動作捕捉技術則包括慣性動作捕捉、機械動作捕捉、電磁動作捕捉甚至超聲波動作捕捉。

目前有多個廠商在使用類似Kinect的3D光感應技術提供手勢識別和姿勢控制的解決方案，也便於使用者使用。採用類似技術的產品或解決方案還包括Intel Realsense、Softkinetic、Leap Motion、Google Project Tango等。但總的來說，3D光感應技術還屬於前期的探索階段，並沒有非常成熟的。

（2）眼動追蹤

眼動追蹤的原理其實很簡單，就是使用攝像頭捕捉人眼或臉部的影象，然後用演算法實現人臉和人眼的檢測、定位和跟蹤，從而估算使用者的視線變化。目前主要使用光譜成像和紅外光譜成像兩種影象處理方法，前一種需要捕捉虹膜和鞏膜之間的輪廓，而後一種則跟蹤瞳孔輪廓。

（3）語音互動

在和現實世界進行交流的時候，除了眼神、表情和動作之外，最常用的互動技術就是語音互動了。一個完整的語音互動系統包括對語音的識別和對語義的理解兩大部分，不過人們通常用“語音識別”這一個詞來概括。語音識別包含了特徵提取、模式匹配和模型訓練三方面的技術，涉及的領域很多，包括訊號處理、模式識別、聲學、聽覺心理學、人工智慧等。

相比其他幾種互動技術，語音互動技術更多的屬於演算法和軟體的範疇，但其開發的難度及可提升的空間卻絲毫不遜於任何一種互動技術。

（4）觸覺技術

觸覺技術又被稱作所謂的“力反饋”技術，在遊戲行業和虛擬訓練中一直有相關的應用。具體來說，它會透過向用戶施加某種力、震動或是運動，讓使用者產生更加真實的沉浸感。觸覺技術可以幫助在虛擬的世界中創造和控制虛擬的物體，訓練遠端操控機械或機器人的能力，甚至是模擬訓練外科實習生進行手術。

（5）嗅覺及其他感覺互動技術

在虛擬現實的研究中，對視覺和聽覺互動的研究一直佔據主流位置，而對其他感覺互動技術則相對忽視，但仍然有一些研究機構和創業團隊在著手解決這些問題。

（6）腦機介面

腦機介面（Brain Computer Interface， BCI）就是大腦和計算機直接進行互動，有時候又被稱為意識-機器互動、神經直連。腦機介面是人或者動物大腦和外部裝置間建立的直接連線通道，又分為單向腦機介面和雙向腦機介面。單向腦機介面只允許單向的資訊通訊，比如只允許計算機接受大腦傳來的命令，或者只允許計算機向大腦傳送訊號（比如重建影像）。而雙向腦機介面則允許大腦和外部計算機裝置間實現雙向的資訊交換。