1，VR的概念和发展

1.1 VR的概念

虚拟现实（Virtual Reality），就是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉等感官的模拟，让用户如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的物体。当用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感。

现在的大部分VR技术都是视觉体验，一般是通过电脑屏幕、特殊显示设备或立体显示设备获得的。在一些高级的触觉系统中还包含了触觉信息，也叫作力反馈。

VR具有三个基本特征：immersion-interaction-imagination（沉浸—交互—构想），它强调虚拟系统中人的主导作用。下表是过去和现在的计算机应用系统在这三个特征方面的对比：

可以看出，在现在及未来的虚拟系统中，这些由计算机及其它传感器所组成的信息处理系统应尽量去“满足”人的需要，而不是强迫人去“凑合”那些不是很亲切的计算机系统。

1.2 VR的发展

VR的发展要追溯到上世纪5、60年代，一直到90年代前，这个阶段的VR从初步的概念产品落实到一些具体的行业领域中（军事、医疗等）。

随后的90年代，索尼、任天堂等游戏公司都陆续推出了自己的VR游戏机产品。但产业链不完备，技术也不成熟，并未得到消费者的认可。不过VR却在军事、工业、医疗等领域逐渐应用起来。

这个阶段的VR一直不温不火，真正让VR火起来的，这一切还得从2014年Facebook以20亿美元收购Oculus说起，以及同一年Google I/O大会推出的VR眼镜盒子Cardboard。

2，现有VR的产品设备及原理

2.1 VR产品设备

1、头戴显示设备

头戴显示设备就是传统的VR一体机，也可以叫做主机端头戴显示设备，比较有代表性的便是三大厂商的产品：

（1）Oculus Rift

上图中，最左边的为进行动作捕捉的传感器，中间的便是头戴显示主机，右边的是操作手柄（Xbox专门为游戏定制手柄），详情可访问https://www.oculus.com/en-us/

（2）HTC Vive

图中两个长型手柄代表我们在VR世界中的两只手，所有的交互操作都需要通过这两个手柄来操作；两个方形的物体是基站，可以提供360度的移动追踪（针对两只手柄的位移）。

（3）Sony PlayStation VR

索尼的设备也基本和前两者一致。

目前，国内的显示设备厂商中很大一部分都在做这类一体机产品，比如大朋、3Glasses、UCglass、蚁视、游戏狂人、EMAX、VRgate等，但与三大厂商还存在较为明显的差距。

由于一体机需要将显示、计算、存储、电源等功能性模块全部集成到头戴显示设备中，要达到好的性能，显示设备就很难做到轻便小巧，所以这些设备使用者佩戴起来普遍比较沉重，头部会承受较大的压迫感，不能长时间佩戴。

2、输入设备

手柄是主流的游戏输入设备，是最早大规模使用的VR输入外设。Oculus、HTC、Sony、Gear VR产品都采用或兼容手柄。

上图中为双6DOF控制器Oculus Touch，是迄今为止很好的VR手柄，这种输入设备能为用户带来更高级的沉浸化交互体验。但目前而言，其操作体验还没能做到和现实世界中一致，比如我抓住弓弦拉开一把弓然后放箭射靶的操作，在VR中就是两只手按下Oculus Touch上的按钮然后两手分开一定距离，再释放按键（现实世界中所有的拿捏拖压动作在VR中都整合为按下手柄上的按键），有一定的不同。具体的操作视频请访问https://www.youtube.com/watch?v=dbYP4bhKr2M（请自觉梯子）

全身动作捕捉能获取到更完整的动作信号，实现更丰富的交互。代表性的产品/公司有：诺亦腾（全身动作捕捉）、Kinect（微软体感输入）、奥比中光（深度摄像头）等。但是因为使用者手上没有佩戴设备，所以就缺少了作用力这一重要的操作反馈，导致真实性不够强。

其他输入模式还包括手势追踪，最著名的当属Leap Motion。

上图VR眼镜的前部圆角矩形模块即Leap Motion，它搭载在VR主机设备上对手势动作进行跟踪捕捉，然后再反馈于虚拟世界的物体上。在交互操作上较Oculus Touch它更加接近现实世界中用户的真实动作，完全释放了用户的双手，实现更加多样的操作模式，详情见https://www.leapmotion.com。我还未试过Leap Motion，不过到目前为止看到过的演示都是非常赞的。

3、移动VR眼镜

2014年6月，Google在I/O大会上发布了Cardboard，从此掀起了眼镜盒子类产品的风潮。

2014年9月，三星发布了Gear VR，成为了迄今为止性能和体验很好的眼镜盒子产品。针对特定型号手机定制开发的眼镜盒子提供更好的体验。

这里详细介绍一下Google的Cardboard，它的硬件结构非常简单，只有几张瓦楞纸和两个透镜组成，官网中（梯子http://www.google.com/get/cardboard/get-cardboard/）可以下载眼镜的组件及尺寸图，动手能力强的同学可以自行制作。

现在Cardboard已衍生出各种样式的产品，价格基本在15-30刀不等（略微小贵，但这个不用怕，咱有大淘宝～）。

4、JUMP

提到Google Cardboard就不得不提一下其VR视频录制设备JUMP，简而言之，Jump 是一个摄像机阵列，装备有16 个呈圆形阵列的摄像机模块构成，在尺寸及模块排列上都经过精心调整。它可以捕捉到全方位 3D 效果、完美的 360 度、高分辨率的视频：

（1）借助 Jump，任何人都能以虚拟现实视频（带给您身临其境感觉的视频）的形式捕捉世界的精彩，并与所有人分享。Jump 会组合出 360 度视频，让您从任何角度都能感受场景。

（2）完美立体效果，能如实反映物体的远近位置。其 3D 拼接方法可以制作精美无缝的全景视频，拼接之处不留痕迹。

（3）编译后的 3D 视频具有超高分辨率，相当于 5 个 4k 电视同时播放。

Google

拍摄完的视频需要通过JUMP 编译器处理，运用先进的计算机视觉功能和强大的计算能力，能将 16 个视频转换为立体的虚拟实境视频。

在YouTube上有很多人使用JUMP拍摄的视频（请梯子）https://www.youtube.com

2.2 VR的原理

1、立体图像

人之所以能够看到立体的景物，是因为我们的双眼可以各自独立看东西，左右两眼有间距，造成两眼的视角有些细微的差别，而这样的差别会让两眼个别看到的景物有一点点的位移。就像我们观看一个物体时，其实左眼和右眼看到的画面是不一样的，人类的大脑很巧妙地将两眼的图像融合，产生出有空间感的立体视觉效果在大脑中。3D立体眼镜，就是通过控制主机输出立体讯号（左眼图像和右眼图像）到屏幕，使其同步切换左、右眼图像，换句话说，左眼看到左眼该看到的景像，右眼看到右眼该看到的景像，让这个视差持续在屏幕上表现出来。

2、拍摄视频中物体的深度

软件处理编译拍摄视频时，已知每两个摄像头之间的相对距离、位置，因此只需能计算出两个摄像头之间的场景像素，就能得到场景中某个点的深度。通俗一点讲：两点能确定一条线，已知的两条线交叉处就能确定一个点的深度距离，然后无数多个这样的点组成了虚拟世界中物体的深度信息。

当你找到匹配的区域，同时也知道在图片上这些区域的距离差，你就能计算出相机阵列和这个区域实物之间的距离。当物体离相机很近时，物体在画面上会变大。如果物体在无限远，那么两个相邻相机照出来的图片天空部位会非常接近。

3、移动VR眼镜

它的原理很简单，利用三轴陀螺仪、重力感应器等体位传感器的帮助，用户所看到的画面可以跟随佩戴者头部的移动而做出相应的反应，产生近似现实的视觉反馈。让视觉内容可以根据用户头部运动而作出相应反馈，并提供了实时的操纵方式。

3，VR交互体验及设计

3.1

VR交互随着VR头显在技术层面不断优化，克服眩晕和营造沉浸感的关键环节也过渡到了交互。VR的交互方式在短期内不会实现统一，目前VR头显还没有形成标准化的交互模式。VR将二维世界升至三维世界，对应的交互方式理应更复杂、更多元。理论上，VR交互可以包括真实世界中所有的交互方式。

虽然关于「什么是很好的VR交互方式」大家都没有结论，但可以形成共识的两点是：首先，好的VR交互应该符合人体最自然和本能的动作习惯；其次，交互与内容之间的匹配和契合很重要。

1、手柄

首先要提及的还是手柄，这是最传统的VR交互形式，也是技术上最简单最成熟的。VR手柄依赖于多种模式的传感器，通过手部和传感器之间的触觉反馈完成动作输入。

2、手势识别

手势识别有可能成为一种主流的VR交互方式。它是比手柄更自然的一种手部交互方式，学习成本低并且可应用的场景也更丰富。

目前，手势识别有两种思路：一种是通过光学追踪，一种是通过带有丰富传感器的手套或机械骨骼。光学追踪的代表是LeapMotion。

光学追踪的缺点在于传感器的识别精度不够高，对精确到每根手指的细微动作无法识别，并且使用起来有视场的限制。面临无法反映景深以及长时间操作所带来的疲劳感问题，这会一定程度上局限用户的使用场景。

3、动作捕捉

主要分为：惯性动作捕捉和光学动作捕捉。前者靠穿戴惯性传感器设备实现，后者则需要贴上发光点等标志，通过对特定光点跟踪来完成运动捕捉。

3.2 VR设计

2015 Google I/O上 Cardboard团队首次亮出 Cardboard Design Lab ：一款交互性且以 VR为基础的“配套应用”，展示VR制作的指引和原理。可以带给设计师关于VR设计的初体验。

VR应用的设计目前主要参考Google提出的Designing for Google Cardboard的设计指南，通过它了解设计VR内容时的一些重点：头部追踪、保持用户控制、音频和触觉反馈等一些我们平时没有想到的设计原则。

详情 http://www.google.com/design/spec-vr/designing-for-google-cardboard/a-new-dimension.html#

在VR领域当中，设计将分为两大走向：

（1）设计职能将聚焦于核心用户体验，包括交互方式与界面表现等等方面。这和如今我们所熟悉的设计团队模式很相似。

（2）更偏重于内容的创造与输出，他们会像独立唱片公司或游戏工作室那样聚焦于独特的内容体验。

接下来枚举一些VR设计中比较重要的一些原则（详情请查看Cardboard Design Lab ）：

1、头部追踪

VR设计最重要的准则是始终保持头部追踪，在应用中绝不可以停止对用户头部位置的追踪。即使是对头部追踪的短暂暂停都会使用户感到不舒服。

2、利用十字线

玩过CS或穿越火线游戏的同学肯定知道游戏画面中心有一个十字点代表画面的中心，这个点就是十字线。它可以向用户展示中心在哪，同时在某些场景下可以让用户迅速知道某物是否可选，并快速通过菜单等。

3、注视线索

注视线索指针对用户注视的地方做出反应。体验能更敏锐地反应，“悬浮状态”，或可基于事件，就像在恐怖游戏中在你身后出现一只怪兽。例如在Cardboard Design Lab应用中的某个场景，当你注视满天繁星的天空将激活一个悬浮状态注视线索，出现一系列的星群。

4、加速度

人们如何在空间里感知位置非常重要。重力会产生加速度，这是确定方位的方式。忽略加速度、迅速转至一个恒定速度会让人觉得非常不自然。像下图中的过山车在通过坡顶都会减速和加速，如果一直匀速通过就会失去真实性。

5、空间音频

空间音频将声音放置到你周边环境的实体位置，你左侧的物体发出的声音听起来就像从你左侧耳机传过来。例如下图在Cardboard Design Lab应用中的这个场景，用户沿着地上的白光点走到火堆附近时，会在右耳边听到猫头鹰的鸣叫，接着往右边看，就发现猫头鹰在树上盯着他看。

6、生理舒适度

眩晕症的问题是VR设计必须面对的问题。特别是在用户加、减速的时候要特别留意，应该尽可能保持地平线的稳定，以避免晕船症状的出现（下图）。

7、环境舒适度

人们在一些特定的虚拟环境当中同样会体验到与现实相对应的不适，譬如高空与恐高症，狭小的空间引发的幽闭恐怖症，空旷空间所造成的广场恐惧症等等。合理利用现实当中人与环境的互动规律，不要反其道而行之：https://www.youtube.com

8、其他

下图是描述头部在X与Y轴上运动的舒适区域。绿色代表很好，黄色代表可以接受，红色意味着不适。

人们使用手机时不同的持机姿态对于颈部所产生的压强变化。要尽可能避免长时间的低头交互行为。

4，VR内容及资源

目前VR内容最重要的两大形态就是影视和游戏。

4.1 VR视频有三种形态

（1）3D效果视频。3D视频门槛较低，大多是将现有影视内容进行转码，生成3D效果，但无法产生交互。目前有不少团队开始研发「VR影院播放器」也即影院效果，所谓影院效果就是给用户创造一个虚拟的电影院环境，让用户通过头显得到一种在影院看3D电影的效果。

在VR影视内容匮乏的现阶段，通过播放器将传统影视内容装入VR体验内是一个能够让内容快速产生规模的方式。但也有不少从业者认为，这只会是VR影视内容中的一种过渡形态。

（2）360度全景视频。360度全景视频需要从拍摄阶段就介入，通过全景拍摄和后期拼接来还原一个360度的场景。用户视角的改变会伴随着画面的变化，类似街景地图的效果。其难点在于拼接算法。

（3）真正的交互视频。相比前两者，真正可以实现交互的VR视频才是VR给传统影视行业带来的颠覆。VR交互视频中有多少人物，就应该有多少条故事线，并且这些故事线是并行发生的。而对于观众来说，他自己也不再是被动的观看，而是主动的参与——可以自己选择跟着哪个人物的视角发展故事——因此也会成为电影里的一条故事线。也可以理解为：在现实世界的某个时空我在公司开会，如果这个时空我选择在外面打篮球，那么前一个时空下会议还是照常进行的，只是我在这个时空下去打篮球了。

4.2 VR直播

直播是目前最有可能成为VR内容的突破口。

一方面，直播内容的制作门槛偏低，有全景视频制作能力的团队都可以参与，就看谁能整合到更多更好的直播资源和明星IP；另一方面，用户对于直播的需求更显性，毕竟能够到现场的观众只是很少一部分，大量想去却无法去到现场的观众将很容易被转化为VR直播的用户。目前比较有名的直播网站是Nextvr。目前只有篮球赛是最适合做VR直播的，NextVR也是以NBA直播为主。

4.3 VR游戏

VR在消费市场的杀手级内容将大概率的出现在游戏领域。随着Oculus Rift和HTC Vive消费者版的发货，VR游戏开发者们普遍认为今年会出现令人满意的精品游戏，而一个或数个「爆款游戏」将激活市场。

4.4 VR应用

由于安卓是开源的，所以应用比iOS更多，可以在Google Play上下载安卓的VR应用：https://play.google.com

这些应用必须搭配VR眼镜使用，想要体验这些应用的同学可以去淘宝买一个国产的VR眼镜（百元内），作为VR入门门槛最低的产品。

4.5 VR体验平台

主要的体验平台有：

1，应用商店。目前做应用商店的以硬件厂商为主，如三大厂、Gear VR、大朋、暴风魔镜、DreamVR、焰火工坊等都有自己的应用商店。

2，体验店。体验店运营方从硬件厂商处购买或租用各种硬件设备，从内容提供商那里获取VR内容，再通过统一的控制系统将硬件和内容集成整合成一套VR娱乐系统。典型的玩家有：乐客、乐创等。

3，主题公园。

主题公园提供的是能够多人交互的、更丰富的VR体验，基于这种独特的互动体验以及更强的客流承载能力，主题公园或成为2016年线下体验战场上的一支重要力量。位于美国犹他州的The Void是全球第一座主题公园，并且盛大已成为其创始人之外的唯一投资者。

4.6 资源

资源方面现在网上各色各样的内容，而且国家对管理上（版权）还处于空缺状态，我去淘宝上搜一下VR资源，就跳出来很多内容。而之前买眼镜的时候卖家也送了一些资源（正规内容ORZ）。总之渠道各色各样，看各位看官个人口味选择啦～

总而言之，VR还是非常值得我们期待的产品，看好近两年内会出现几款惊艳甚至颠覆性的VR产品或应用。

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