虚拟现实 (VR) 技术似乎只出现了短短几年。

然而，我们今天所知道的 VR 系统和头显已经开发了几十年。 当今 VR 系统的最早起源实际上可以追溯到 1957 年，当时 Martin Heilig 为头戴式立体电视设备申请了专利。

从那以后的几年里，虚拟现实技术一直在缓慢而稳定地发展。 起初，开发人员缺乏计算能力来打造真正的沉浸式 VR 体验。 然后，一旦他们拥有了它，就开始为普通消费者提供便携和负担得起的产品。

这就是我们今天所处的位置。 HTC、Oculus、Valve 和 Sony 等公司现在提供商业上可行的 VR 硬件，这些硬件正在继续突飞猛进地改进。 出于这个原因，世界各地的人们现在都熟悉 VR 并了解它是什么。 然而，大多数人并没有牢牢掌握这项技术的细节。

虚拟现实技术指南

为了解决这个问题，这里有一个虚拟现实技术的基本技术指南。 您将了解它的工作原理、使其工作所需的条件以及该技术的下一步发展方向。 让我们潜入水中。

虚拟现实的科学基础

就其核心而言，VR 技术只有一个目的：模拟足够逼真的设置和环境，以欺骗人脑，让他们接受它们为现实。 从科学的角度来看，这一切都始于了解我们的大脑如何解释我们所看到的事物，从而形成我们周围世界的心理图景。

无需过多详细说明，最简单的解释是，我们对现实的感知是基于我们以经验为指导制定的规则。 例如，当我们看到天空时，它会告诉我们哪个方向是“向上”。 当我们看到我们可以识别的物体时，我们可以使用它们相对于彼此的大小来判断距离。 我们还可以通过拾取我们周围物体投射的阴影来检测光源。

VR 设计师可以使用这些常规规则来创建符合我们对现实的心理预期的虚拟环境。 当他们这样做时，结果是我们将其解释为“真实”的无缝体验。

虚拟现实的技术基础

今天的商业 VR 系统都在竞争，以确定哪些可以在虚拟环境中提供最佳的用户体验。 事实上，它们都无法提供完全身临其境的体验，原因很简单：技术还没有赶上人类视觉的能力。 以下是当今 VR 头戴式设备的位置以及它们试图到达的位置的细分。

视野

从技术的角度来看，最大的障碍之一是人类能够获得比当今耳机所能提供的更广泛的视野 (FOV)。 普通人可以在他们的头部周围以大约 200 到 220 度的弧度看到周围的环境。 在我们左右眼的视线重叠的地方，有一个大约 114 度的弧度，我们可以在 3D 中看到。

今天的头显将注意力集中在 114 度 3D 空间上，以提供虚拟环境。 然而，没有任何头显能够容纳普通人的完整 FOV。 然而，现在，当今的 VR 硬件设计人员的目标是创建允许 180 度 FOV 的设备，这被认为是高性能 VR 模拟的理想选择。

帧率

在 VR 世界中，可能没有比如何处理虚拟环境的帧速率更大的分歧话题了。 这是因为对于人类视觉在这方面的敏感程度没有真正的科学共识。 从物理的角度来看，我们知道人眼可以看到相当于每秒 1000 帧 (FPS) 的速度。 然而，人脑从来没有通过视神经接收到这样的细节。 有研究表明，人类可以识别高达 150 FPS 的帧速率，但除此之外，信息在传输到大脑的过程中会丢失。

对于您在影院中看到的电影，帧速率为 24 FPS。 然而，这并不是为了模拟现实而设计的。 对于 VR 应用程序，大多数开发人员发现低于 60 FPS 的任何东西都会导致用户迷失方向、头痛和恶心。 出于这个原因，大多数开发者的目标是获得大约 90 FPS 的 VR 内容“最佳点”，而有些开发者（如索尼）在使用过程中的任何时间点低于 60 FPS 时都不会证明软件可以在他们的设备上运行。 不过，展望未来，大多数 VR 硬件开发人员将开始推动 120 FPS 或更高的帧速率，因为这将为大多数应用程序提供更逼真的体验。

声音特效

VR 的另一个关键技术方面是设计师使用音效向用户传达 3D 空间感的方式。 今天，尖端的 VR 依靠一种称为空间音频的技术来创建与 VR 创建的视觉效果相匹配的模拟音频景观。

任何曾经坐在精心设计的音乐厅里的人都应该熟悉我们听到的声音是如何根据我们在空间中所处的位置而变化的，甚至是我们转头的方式。 空间音频是一种技术，VR 设计师可以通过该技术通过一组模仿这种精确感觉的耳机产生双耳（立体声）音频。

当前有多种实现，但它们都有一些相似的特征，包括：

同样重要的是要记住，对于 VR 耳机，此处描述的音频效果必须实时计算以考虑用户的移动。 说到这一点，今天的 VR 硬件还只是刚刚起步。

头部和位置跟踪

VR 的真正魔力并不来自视觉或声音的说服力（尽管这些是关键的基础元素），它来自于用户可以在虚拟空间中移动以适应他们的位置这一事实。 这就是将 VR 耳机与简单的视频观看眼镜区分开来的原因。

目前，用于 VR 应用的头部和位置跟踪有两种类型——以自由度测量——3DoF 和 6DoF。 三星 Gear VR、Google 的 Daydream View 和 Oculus Go 等移动 VR 耳机使用 3DoF，这意味着它们只能进行旋转跟踪。 他们知道您何时左右转动头部，向上或向下看，或将头向一侧或另一侧倾斜。 但是，如果你移动你的整个身体，他们就不会接受它。

相比之下，使用 6DoF 的耳机可以跟踪佩戴者在房间内的位置，以及他们头部指向的方向。 这意味着 6DoF 头显可以允许在 3D 空间中完全自主移动，这是一种更具说服力的 VR 体验。 它的完成方式因平台而异，但主要方法往往包括基于摄像头的跟踪以及红外灯信标。

虚拟现实的发展方向

与当今的 VR 技术一样先进，它在未来几年肯定会变得更好。 随着发展的继续，我们应该开始看到具有增强的、更逼真的 FOV 和更好的 3D 音频匹配的硬件。 仅这一点就让 VR 的近期未来令人兴奋。

我们也即将看到对 VR 的新改进，这些改进将使体验比您从今天的硬件中获得的体验要好得多。 其中之一是使用像 HaptX 手套这样的触觉反馈设备，它为用户在 VR 中与之交互的对象提供逼真的触感。 另一种是称为中心点渲染的图形技术，它利用人眼有限的焦点仅在我们的眼睛聚焦的地方提供超高清图像，从而降低创建图像所需的计算能力。

不过，更重要的是可能会使用 VR 的新方式。 教育领域机器学习技术的并行发展将使沉浸式远程学习首次成为现实。 外科医生将受益于先进的 VR 培训，以改善患者的治疗效果。 那些需要治疗创伤后应激障碍和相关疾病的人最终将有办法治愈。

这里的底线是，VR 技术才刚刚开始在各个领域实现其潜力。 随着技术的发展，才华横溢的软件开发人员、研究人员和商业领袖梦寐以求的应用程序也会随之发展。 从这个角度来看，可以公平地说，我们更接近虚拟现实故事的开端，而不是结论——而且未来还会有更多惊人的发展。

有兴趣了解有关现有虚拟现实软件和相关技术的更多信息吗？ 查看所有可用选项，让您的知识更上一层楼——仅在 G2 上。