1.1 VR概述
1．什么是VR
VR处于新一代信息通信技术的关键领域，它通过数字建模仿真，利用计算机生成三维虚拟环境，并借助显示技术、声场技术、传感技术和动作捕捉技术等，使人们在虚拟环境中获得身临其境的沉浸感受和与真实世界同等的交互体验，如图1-1所示。
图1-1 VR示意
VR的终极形态将是人类意识与虚拟世界相融合。采用虚拟孪生技术可对人体进行100%符合度的数字建模，应用脑机技术对人脑电波和神经信号进行读写，可使得人类在虚拟环境中获得完全真实的体验和感受。像电影《阿凡达》中意识转移那样的情形未来或可在VR中得以实现。
2．VR的发展
VR从思想萌芽到如今产业化初具规模经历了近百年的时间，其发展历程如图1-2所示。
图1-2 VR的发展历程
思想萌芽：1935年，科幻小说家斯坦利·G.温鲍姆（Stanley G.Weinbaum）在其短篇小说《皮格马利翁的眼镜》中描述了一款神奇的眼镜，人们戴上它即可进入另一个完全不同的世界，并获得包括视觉、听觉、嗅觉、触觉等在内的全方位立体式体验。这一看似脑洞大开的设想勾勒了VR的蓝图。
概念确立：20世纪70年代，VR在实验室中孵化出雏形。1985年，计算机科学家杰伦·拉尼尔（Jaron Lanier）和托马斯·齐默尔曼（Thomas Zimmerman）创办了VPL Research公司，首次确立“虚拟现实”概念，并将VR商业化，于1987年推出首款VR头戴显示器（头显）和VR手套，售价高达9000美元。
技术积累：1990—2013年，从日本的世嘉公司发布VR游戏街机到任天堂公司推出Virtual Boy游戏机，VR逐渐涉足消费市场。但是，概念虽然清晰，技术却尚未跟上思想的步伐，这使得这一期间试水VR的游戏公司销量都比较惨淡。直到2012年，众筹240万美金的VR头显Oculus Rift才正式拉开了让VR走进大众生活的序幕。
昙花一现：2014年，脸书公司（FaceBook）以20亿美元收购了Oculus VR公司，这一举动无疑为VR市场打了一针兴奋剂。在此之后，数百家公司开始研发VR产品。到了2016年，主机VR、VR一体机和VR眼镜盒子百花齐放，VR出现在大街小巷，火爆到妇孺皆知。但是，VR产品的质量参差不齐，体验不尽如人意。VR市场的短暂繁荣犹如昙花一现，VR没有迎来产业的春天。
稳步发展：狂热过后，2017年，伴随一大批VR企业退出市场，一些专注于提升VR体验的公司成功跨过了“死亡裂谷”。VR产品无论硬件还是内容，在质量和出货（销售）量上都呈现稳步提升的趋势。仅2018年一年，VR终端的屏幕分辨率就提升了一倍，全球出货量达到564万台。根据国际数据公司（International Data Corporation，IDC）的预测，2019年头显全年出货量将超过624万台，增长10.9%。内容上，2018年年度最佳音乐VR游戏《节奏光剑》（Beat Saber）推出3天便成为SteamVR平台上评价最高的游戏，上线半年时间累计营收达到868万美元。与此同时，面对VR对计算机性能要求严苛的问题，利用云计算能力为VR应用提供算力的Cloud VR登上舞台，电信运营商借助云网优势和庞大的用户基数，开始尝试为个人用户提供Cloud VR服务。
3．VR的特征
区别于传统高清视频带来的视觉冲击，VR自进入消费市场起便受到大众的追捧，这是因为VR为消费者带来了前所未有的全新体验。美国的格里戈雷·布迪亚（Grigore C.Burdea）和法国的菲利普·柯菲特（Philippe Coiffet）在1994年出版的《虚拟现实技术》（Virtual Reality Technology）中精准地概括了VR特征：沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination），即“3I”特征。
（1）沉浸感
沉浸感是VR区别传统视频的最直观特征。当用户置身于VR中，3D立体、包裹式的画面呈现方式让用户仿佛是虚拟环境中的一部分，用户移动着靠近虚拟对象时，它便离用户近一些，并显示得更加清晰、精细；用户环绕虚拟对象时，也可以看到不同的侧面，就像在真实世界观察物体一样，这就是视觉上的沉浸感。除了视觉，沉浸感还包括听觉、触觉和嗅觉等。3D立体环绕声让用户可以辨别声源的方向和位置，力反馈让用户身体能感受到与虚拟对象间的作用力。用户感知的层次越丰富，越接近现实，便越会产生思维共鸣，形成心理沉浸。
（2）交互性
交互性是指用户对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度。人与计算机的交互是通过鼠标和键盘进行的，与手机的交互是通过按键和触摸屏进行的，它们的共同特征是所有操作是平面的操作，而非人类自然操作。比如，当用户要将水杯放在桌子上时，用户的自然操作应该是伸手，握住水杯，然后移动到桌子前，将水杯轻轻放下，而不是仅仅按下几个按键（这是平面的操作）。
VR的第二个显著特征便是自然的交互性。理想状态下，VR应该具有人所具有的一切感知。当用户在虚拟环境中进行某种操作时，周围环境做出相应的某种回馈。如用户在虚拟环境中拿起水杯，那么手上可以感受到轻重的变化；用户迈开双腿，在虚拟环境中将产生位移；用户左右摆头观察，虚拟环境中的画面也将跟随头部变化的方向有所变化。目前，语音交互、动作捕捉、眼球追踪和手势识别等技术已经取得一定成果，并应用于VR交互当中。未来，随着这些技术的不断成熟，VR交互的自然程度还将大幅提升。
（3）想象性
既然用户可以在虚拟环境中得到接近真实世界的沉浸感和交互性，那么，用户完全可以创造一个想象的世界。电影《头号玩家》中的绿洲、科幻小说《三体》中的异域空间，都可以在VR中重建。
VR的想象性特征即用户根据自己的认知能力在虚拟环境中运用知识，发散拓宽思维，创立新的概念和环境。既然VR给了用户制定规则的自由，为什么不能设计一个全新的虚拟世界呢？上天入地，穿越侏罗纪，保护银河系，限制内容创作的从来不是技术本身，而是想象力。