轉自優設網，原作者：

1，VR的概念和發展

1.1 VR的概念

虛擬現實（Virtual Reality），就是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺等感官的模擬，讓用戶如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內的物體。當用戶進行位置移動時，電腦可以立即進行復雜的運算，將精確的三維世界視頻傳回產生臨場感。

現在的大部分VR技術都是視覺體驗，一般是通過電腦屏幕、特殊顯示設備或立體顯示設備獲得的。在一些高級的觸覺系統中還包含了觸覺信息，也叫作力反饋。

VR具有三個基本特征：immersion-interaction-imagination（沉浸—交互—構想），它強調虛擬系統中人的主導作用。下表是過去和現在的計算機應用系統在這三個特征方面的對比：

可以看出，在現在及未來的虛擬系統中，這些由計算機及其它傳感器所組成的信息處理系統應盡量去“滿足”人的需要，而不是強迫人去“湊合”那些不是很親切的計算機系統。

1.2 VR的發展

VR的發展要追溯到上世紀5、60年代，一直到90年代前，這個階段的VR從初步的概念產品落實到一些具體的行業領域中（軍事、醫療等）。

隨后的90年代，索尼、任天堂等游戲公司都陸續推出了自己的VR游戲機產品。但產業鏈不完備，技術也不成熟，并未得到消費者的認可。不過VR卻在軍事、工業、醫療等領域逐漸應用起來。

這個階段的VR一直不溫不火，真正讓VR火起來的，這一切還得從2014年Facebook以20億美元收購Oculus說起，以及同一年Google I/O大會推出的VR眼鏡盒子Cardboard。

2，現有VR的產品設備及原理

2.1 VR產品設備

1、頭戴顯示設備

頭戴顯示設備就是傳統的VR一體機，也可以叫做主機端頭戴顯示設備，比較有代表性的便是三大廠商的產品：

（1）Oculus Rift

上圖中，最左邊的為進行動作捕捉的傳感器，中間的便是頭戴顯示主機，右邊的是操作手柄（Xbox專門為游戲定制手柄），詳情可訪問https://www.oculus.com/en-us/

（2）HTC Vive

圖中兩個長型手柄代表我們在VR世界中的兩只手，所有的交互操作都需要通過這兩個手柄來操作；兩個方形的物體是基站，可以提供360度的移動追蹤（針對兩只手柄的位移）。

（3）Sony PlayStation VR

索尼的設備也基本和前兩者一致。

目前，國內的顯示設備廠商中很大一部分都在做這類一體機產品，比如大朋、3Glasses、UCglass、蟻視、游戲狂人、EMAX、VRgate等，但與三大廠商還存在較為明顯的差距。

由于一體機需要將顯示、計算、存儲、電源等功能性模塊全部集成到頭戴顯示設備中，要達到好的性能，顯示設備就很難做到輕便小巧，所以這些設備使用者佩戴起來普遍比較沉重，頭部會承受較大的壓迫感，不能長時間佩戴。

2、輸入設備

手柄是主流的游戲輸入設備，是最早大規模使用的VR輸入外設。Oculus、HTC、Sony、Gear VR產品都采用或兼容手柄。

上圖中為雙6DOF控制器Oculus Touch，是迄今為止最好的VR手柄，這種輸入設備能為用戶帶來更高級的沉浸化交互體驗。但目前而言，其操作體驗還沒能做到和現實世界中一致，比如我抓住弓弦拉開一把弓然后放箭射靶的操作，在VR中就是兩只手按下Oculus Touch上的按鈕然后兩手分開一定距離，再釋放按鍵（現實世界中所有的拿捏拖壓動作在VR中都整合為按下手柄上的按鍵），有一定的不同。具體的操作視頻請訪問https://www.youtube.com/watch?v=dbYP4bhKr2M（請自覺梯子）

全身動作捕捉能獲取到更完整的動作信號，實現更豐富的交互。代表性的產品/公司有：諾亦騰（全身動作捕捉）、Kinect（微軟體感輸入）、奧比中光（深度攝像頭）等。但是因為使用者手上沒有佩戴設備，所以就缺少了作用力這一重要的操作反饋，導致真實性不夠強。

其他輸入模式還包括手勢追蹤，最著名的當屬Leap Motion。

上圖VR眼鏡的前部圓角矩形模塊即Leap Motion，它搭載在VR主機設備上對手勢動作進行跟蹤捕捉，然后再反饋于虛擬世界的物體上。在交互操作上較Oculus Touch它更加接近現實世界中用戶的真實動作，完全釋放了用戶的雙手，實現更加多樣的操作模式，詳情見https://www.leapmotion.com。我還未試過Leap Motion，不過到目前為止看到過的演示都是非常贊的。

3、移動VR眼鏡

2014年6月，Google在I/O大會上發布了Cardboard，從此掀起了眼鏡盒子類產品的風潮。

2014年9月，三星發布了Gear VR，成為了迄今為止性能和體驗最好的眼鏡盒子產品。針對特定型號手機定制開發的眼鏡盒子提供更好的體驗。

這里詳細介紹一下Google的Cardboard，它的硬件結構非常簡單，只有幾張瓦楞紙和兩個透鏡組成，官網中（梯子http://www.google.com/get/cardboard/get-cardboard/）可以下載眼鏡的組件及尺寸圖，動手能力強的同學可以自行制作。

現在Cardboard已衍生出各種樣式的產品，價格基本在15-30刀不等（略微小貴，但這個不用怕，咱有大淘寶～）。

4、JUMP

提到Google Cardboard就不得不提一下其VR視頻錄制設備JUMP，簡而言之，Jump 是一個攝像機陣列，裝備有16 個呈圓形陣列的攝像機模塊構成，在尺寸及模塊排列上都經過精心調整。它可以捕捉到全方位 3D 效果、完美的 360 度、高分辨率的視頻：

（1）借助 Jump，任何人都能以虛擬現實視頻（帶給您身臨其境感覺的視頻）的形式捕捉世界的精彩，并與所有人分享。Jump 會組合出 360 度視頻，讓您從任何角度都能感受場景。

（2）完美立體效果，能如實反映物體的遠近位置。其 3D 拼接方法可以制作精美無縫的全景視頻，拼接之處不留痕跡。

（3）編譯后的 3D 視頻具有超高分辨率，相當于 5 個 4k 電視同時播放。

Google

拍攝完的視頻需要通過JUMP 編譯器處理，運用先進的計算機視覺功能和強大的計算能力，能將 16 個視頻轉換為立體的虛擬實境視頻。

在YouTube上有很多人使用JUMP拍攝的視頻（請梯子）https://www.youtube.com

2.2 VR的原理

1、立體圖像

人之所以能夠看到立體的景物，是因為我們的雙眼可以各自獨立看東西，左右兩眼有間距，造成兩眼的視角有些細微的差別，而這樣的差別會讓兩眼個別看到的景物有一點點的位移。就像我們觀看一個物體時，其實左眼和右眼看到的畫面是不一樣的，人類的大腦很巧妙地將兩眼的圖像融合，產生出有空間感的立體視覺效果在大腦中。3D立體眼鏡，就是通過控制主機輸出立體訊號（左眼圖像和右眼圖像）到屏幕，使其同步切換左、右眼圖像，換句話說，左眼看到左眼該看到的景像，右眼看到右眼該看到的景像，讓這個視差持續在屏幕上表現出來。

2、拍攝視頻中物體的深度

軟件處理編譯拍攝視頻時，已知每兩個攝像頭之間的相對距離、位置，因此只需能計算出兩個攝像頭之間的場景像素，就能得到場景中某個點的深度。通俗一點講：兩點能確定一條線，已知的兩條線交叉處就能確定一個點的深度距離，然后無數多個這樣的點組成了虛擬世界中物體的深度信息。

當你找到匹配的區域，同時也知道在圖片上這些區域的距離差，你就能計算出相機陣列和這個區域實物之間的距離。當物體離相機很近時，物體在畫面上會變大。如果物體在無限遠，那么兩個相鄰相機照出來的圖片天空部位會非常接近。

3、移動VR眼鏡

它的原理很簡單，利用三軸陀螺儀、重力感應器等體位傳感器的幫助，用戶所看到的畫面可以跟隨佩戴者頭部的移動而做出相應的反應，產生近似現實的視覺反饋。讓視覺內容可以根據用戶頭部運動而作出相應反饋，并提供了實時的操縱方式。

3，VR交互體驗及設計

3.1

VR交互隨著VR頭顯在技術層面不斷優化，克服眩暈和營造沉浸感的關鍵環節也過渡到了交互。VR的交互方式在短期內不會實現統一，目前VR頭顯還沒有形成標準化的交互模式。VR將二維世界升至三維世界，對應的交互方式理應更復雜、更多元。理論上，VR交互可以包括真實世界中所有的交互方式。

雖然關于「什么是最好的VR交互方式」大家都沒有結論，但可以形成共識的兩點是：首先，好的VR交互應該符合人體最自然和本能的動作習慣；其次，交互與內容之間的匹配和契合很重要。

1、手柄

首先要提及的還是手柄，這是最傳統的VR交互形式，也是技術上最簡單最成熟的。VR手柄依賴于多種模式的傳感器，通過手部和傳感器之間的觸覺反饋完成動作輸入。

2、手勢識別

手勢識別有可能成為一種主流的VR交互方式。它是比手柄更自然的一種手部交互方式，學習成本低并且可應用的場景也更豐富。

目前，手勢識別有兩種思路：一種是通過光學追蹤，一種是通過帶有豐富傳感器的手套或機械骨骼。光學追蹤的代表是LeapMotion。

光學追蹤的缺點在于傳感器的識別精度不夠高，對精確到每根手指的細微動作無法識別，并且使用起來有視場的限制。面臨無法反映景深以及長時間操作所帶來的疲勞感問題，這會一定程度上局限用戶的使用場景。

3、動作捕捉

主要分為：慣性動作捕捉和光學動作捕捉。前者靠穿戴慣性傳感器設備實現，后者則需要貼上發光點等標志，通過對特定光點跟蹤來完成運動捕捉。

3.2 VR設計

2015 Google I/O上 Cardboard團隊首次亮出 Cardboard Design Lab ：一款交互性且以 VR為基礎的“配套應用”，展示VR制作的指引和原理?？梢詭Ыo設計師關于VR設計的初體驗。

VR應用的設計目前主要參考Google提出的Designing for Google Cardboard的設計指南，通過它了解設計VR內容時的一些重點：頭部追蹤、保持用戶控制、音頻和觸覺反饋等一些我們平時沒有想到的設計原則。

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

在VR領域當中，設計將分為兩大走向：

（1）設計職能將聚焦于核心用戶體驗，包括交互方式與界面表現等等方面。這和如今我們所熟悉的設計團隊模式很相似。

（2）更偏重于內容的創造與輸出，他們會像獨立唱片公司或游戲工作室那樣聚焦于獨特的內容體驗。

接下來枚舉一些VR設計中比較重要的一些原則（詳情請查看Cardboard Design Lab ）：

1、頭部追蹤

VR設計最重要的準則是始終保持頭部追蹤，在應用中絕不可以停止對用戶頭部位置的追蹤。即使是對頭部追蹤的短暫暫停都會使用戶感到不舒服。

2、利用十字線

玩過CS或穿越火線游戲的同學肯定知道游戲畫面中心有一個十字點代表畫面的中心，這個點就是十字線。它可以向用戶展示中心在哪，同時在某些場景下可以讓用戶迅速知道某物是否可選，并快速通過菜單等。

3、注視線索

注視線索指針對用戶注視的地方做出反應。體驗能更敏銳地反應，“懸浮狀態”，或可基于事件，就像在恐怖游戲中在你身后出現一只怪獸。例如在Cardboard Design Lab應用中的某個場景，當你注視滿天繁星的天空將激活一個懸浮狀態注視線索，出現一系列的星群。

4、加速度

人們如何在空間里感知位置非常重要。重力會產生加速度，這是確定方位的方式。忽略加速度、迅速轉至一個恒定速度會讓人覺得非常不自然。像下圖中的過山車在通過坡頂都會減速和加速，如果一直勻速通過就會失去真實性。

5、空間音頻

空間音頻將聲音放置到你周邊環境的實體位置，你左側的物體發出的聲音聽起來就像從你左側耳機傳過來。例如下圖在Cardboard Design Lab應用中的這個場景，用戶沿著地上的白光點走到火堆附近時，會在右耳邊聽到貓頭鷹的鳴叫，接著往右邊看，就發現貓頭鷹在樹上盯著他看。

6、生理舒適度

眩暈癥的問題是VR設計必須面對的問題。特別是在用戶加、減速的時候要特別留意，應該盡可能保持地平線的穩定，以避免暈船癥狀的出現（下圖）。

7、環境舒適度

人們在一些特定的虛擬環境當中同樣會體驗到與現實相對應的不適，譬如高空與恐高癥，狹小的空間引發的幽閉恐怖癥，空曠空間所造成的廣場恐懼癥等等。合理利用現實當中人與環境的互動規律，不要反其道而行之：https://www.youtube.com

8、其他

下圖是描述頭部在X與Y軸上運動的舒適區域。綠色代表最佳，黃色代表可以接受，紅色意味著不適。

人們使用手機時不同的持機姿態對于頸部所產生的壓強變化。要盡可能避免長時間的低頭交互行為。

4，VR內容及資源

目前VR內容最重要的兩大形態就是影視和游戲。

4.1 VR視頻有三種形態

（1）3D效果視頻。3D視頻門檻較低，大多是將現有影視內容進行轉碼，生成3D效果，但無法產生交互。目前有不少團隊開始研發「VR影院播放器」也即影院效果，所謂影院效果就是給用戶創造一個虛擬的電影院環境，讓用戶通過頭顯得到一種在影院看3D電影的效果。

在VR影視內容匱乏的現階段，通過播放器將傳統影視內容裝入VR體驗內是一個能夠讓內容快速產生規模的方式。但也有不少從業者認為，這只會是VR影視內容中的一種過渡形態。

（2）360度全景視頻。360度全景視頻需要從拍攝階段就介入，通過全景拍攝和后期拼接來還原一個360度的場景。用戶視角的改變會伴隨著畫面的變化，類似街景地圖的效果。其難點在于拼接算法。

（3）真正的交互視頻。相比前兩者，真正可以實現交互的VR視頻才是VR給傳統影視行業帶來的顛覆。VR交互視頻中有多少人物，就應該有多少條故事線，并且這些故事線是并行發生的。而對于觀眾來說，他自己也不再是被動的觀看，而是主動的參與——可以自己選擇跟著哪個人物的視角發展故事——因此也會成為電影里的一條故事線。也可以理解為：在現實世界的某個時空我在公司開會，如果這個時空我選擇在外面打籃球，那么前一個時空下會議還是照常進行的，只是我在這個時空下去打籃球了。

4.2 VR直播

直播是目前最有可能成為VR內容的突破口。

一方面，直播內容的制作門檻偏低，有全景視頻制作能力的團隊都可以參與，就看誰能整合到更多更好的直播資源和明星IP；另一方面，用戶對于直播的需求更顯性，畢竟能夠到現場的觀眾只是很少一部分，大量想去卻無法去到現場的觀眾將很容易被轉化為VR直播的用戶。目前比較有名的直播網站是Nextvr。目前只有籃球賽是最適合做VR直播的，NextVR也是以NBA直播為主。

4.3 VR游戲

VR在消費市場的殺手級內容將大概率的出現在游戲領域。隨著Oculus Rift和HTC Vive消費者版的發貨，VR游戲開發者們普遍認為今年會出現令人滿意的精品游戲，而一個或數個「爆款游戲」將激活市場。

4.4 VR應用

由于安卓是開源的，所以應用比iOS更多，可以在Google Play上下載安卓的VR應用：https://play.google.com

這些應用必須搭配VR眼鏡使用，想要體驗這些應用的同學可以去淘寶買一個國產的VR眼鏡（百元內），作為VR入門門檻最低的產品。

4.5 VR體驗平臺

主要的體驗平臺有：

1，應用商店。目前做應用商店的以硬件廠商為主，如三大廠、Gear VR、大朋、暴風魔鏡、DreamVR、焰火工坊等都有自己的應用商店。

2，體驗店。體驗店運營方從硬件廠商處購買或租用各種硬件設備，從內容提供商那里獲取VR內容，再通過統一的控制系統將硬件和內容集成整合成一套VR娛樂系統。典型的玩家有：樂客、樂創等。

3，主題公園。

主題公園提供的是能夠多人交互的、更豐富的VR體驗，基于這種獨特的互動體驗以及更強的客流承載能力，主題公園或成為2016年線下體驗戰場上的一支重要力量。位于美國猶他州的The Void是全球第一座主題公園，并且盛大已成為其創始人之外的唯一投資者。