虚拟现实技术在电子游戏中的应用

张扬

摘要：虚拟现实是近年来发展起来的一项新技术,它已经被广泛地应用于许多领域，特别是在游戏领域。简要的分析了虚拟现实技术的技术特性，并详细介绍了虚拟现实技术在电子游戏中的具体应用。

关键词：虚拟现实；体感交互；触觉反馈；交互性；游戏

中图分类号：TP312文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)07-1624-02

The Application of Virtual Reality in the Electronic Game

ZHANG Yang

(State Intellectual Property Office, the Patent Office, Beijing 100088, China)

Abstract: Virtual Reality is a kind of new technology developed in recent years, which can be applied in many fields, especially in game. Briefly analyzes the technical characteristics of Virtual Reality and introduces in detail the application of Virtual Reality in the Electronic Game.

Key words: virtual reality; somatosensory interaction; tactile feedback; interaction; game

虚拟现实（Virtual Reality）是近年来出现的高新技术，其原理是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物[1]。而电子游戏领域是虚拟现实技术的重要应用方向之一，也为虚拟现实技术的快速发展起了巨大的需求牵引作用，本文主要介绍虚拟现实技术在电子游戏领域的具体应用。

1虚拟现实技术的特性以及其在电子游戏中的应用

虚拟现实它集成了显示技术、计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统[2]。虚拟现实具有3I特性，即交互性（interaction）、沉浸性(immersion)和构想性(imagination)。沉浸性是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度；交互性是指用户对虚拟现实设备的可操作程度及环境的反馈的真实程度；构想性是指虚拟现实不仅是一个用户与终端的接口，而是用户沉浸在多维信息空间中，发挥主观能动性形成新概念的过程[3]。

事实上，电子游戏机本身就是一种特殊的虚拟现实系统，自产生以来，一直都在朝着虚拟现实的方向发展。从最初的文字游戏，到二维游戏、三维游戏，再到网络三维游戏，电子游戏在保持其实时性和交互性的同时，逼真度和沉浸感一直在逐步地提高和加强。

现有技术已经能够通过数字平台来实现非常逼真的虚拟现实景观，生产逼真的三维视觉效果，使参与者通过交互界面及装置，轻松直观地与虚拟世界进行沟通和体验，使参与者产生身临其境的感觉，甚至直接感受到虚拟环境中对象的反馈作用。

由计算机产生的虚拟环境可以是一个城市，大厦，个人商店，建筑和个人办公室或其它空间。虚拟环境中通常包括虚拟实体，实体可以是活动的也可以是不动的。不动的实体可以属于环境的一部分，例如虚拟办公室的不动的墙壁。活动的实体可以包括受用户操控的化身游戏程序自动控制的对象。

2虚拟现实技术应用于电子游戏领域中的几个关键技术

2.1体感交互技术

控制器、遥控器、键盘、鼠标等来输入操纵游戏角色或应用的其他方面，有其自身难以克服的缺点：1)难以学习，造成用户和游戏及应用之间的障碍；2)控制命令可能与实际游戏动作或其它应用动作不同，如游戏角色挥动球拍的游戏控制命令可能不与挥动球拍的实际动作相对应。

体感交互作为一种进行虚拟现实交互的新型操作方式，可以完全摆脱传统的鼠标键盘和复杂的动作捕捉设备，用户通过使用自己身体和/或自己周围物体的移动（非遥控器，控制器、键盘、鼠标等）来操纵化身或应用的其他方面[4]。对虚拟现实应用来说，大大降低了使用的门槛，扩大了虚拟现实应用的范围，增加了虚拟现实表现的真实感，带来了一次全新的革命。

捕捉人体动作的方法有多种，常见的如使用一个或多个摄像头来捕捉用户的姿势和/或移动来动画化身或屏幕上的任务，或者将用户的姿势和/或移动解释为可用于影响计算机环境所执行的控制命令。计算机系统中装有相应的软件对摄像头捕捉的图像进行深度图像处理和骨架跟踪，可以利用多达15个捕捉节点，识别到人体关节点位置信息，来追踪人体的动作，并将这些动作捕捉到计算机中进行交互[5]。有时为了增强检测效果，还可以通过佩戴有特殊色彩的辅助装置（如手套、帽子、眼睛、衣服、鞋子和外涂颜料等）。也可以通过检测用户手持的设备，在手持设备中安装有各类传感器和无线发射装置，通过接收装置接收来自手持设备发送的信号，来识别人体的动作，并将其转换成游戏软件所需的控制命令，進而控制游戏中的虚拟世界。

2.2立体显示技术和三维虚拟声音生成技术

视觉效果是电子游戏机最重要的功能，因而显示技术尤其是立体显示技术是电子游戏机的重要支撑技术。为了增强游戏时的沉浸性，当前虚拟现实游戏机通常采用的显示器有台式立体显示器，头盔式显示器（Head-mounted Display, HMD）。台式立体显示器的显示屏幕上以一定的频率交替显示生成的左右眼视图，用户需要佩戴立体眼镜，使左右眼只能看到屏幕上对应的相应视图，最终在人眼视觉系统中形成立体成像。头盔式显示器是虚拟现实系统普遍采用的另一种立体显示设备，它通常安装在头部，并用机械的方法固定，头与头盔之间不能有相对运动，在头盔显示器的屏幕上显示图像。它通常由两个显示器分别向两个眼睛提供图像，两个图像存在微小差别，类似于“双眼视差”。由于头盔上通常安装有头部位置跟踪装置，可以检测用户头部的位置，然后将其传送给计算机装置，计算机能够根据用户头部的运动实时显示，并改变用户视野的三维视场。头盔显示器的应用使电子游戏机的沉浸性增强，并丰富了电子游戏机的表现力。

对电子游戏机而言声音输出与图像显示一样重要，三维虚拟声音与人们熟悉的立体声音不同，三维虚拟声音，能使用户能够感觉到声音是来自围绕听着双耳的一个球形中任何地方，即声音可能出现在头部的上方、前方或后方。三维虚拟声音的应用使用户在游戏中能够准确的判断出声源的精确位置，符合人们在真实环境中的听觉方式，增强了游戏的真实感。

2.3触觉反馈技术

触觉反馈是指在人机交互的过程中，计算机对操作者的输入做出响应，并通过力/触觉反馈设备作用于操作者的过程[6]。在虚拟现实技术中，按照提供给用户的信息将接触分成两类：力反馈和触觉反馈。力反馈装置是运用技术手段将虚拟物体的运动转变成周围物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感。至于触觉反馈目前仅能做到简单的温度感觉，无法提供纹理和材质等感觉。

3结束语

电子游戏行业作为新兴行业，已经超过了电影、电视等传统的娱乐方式，成为当代社会的主流娱乐方式，很大程度上影响着人们的工作和生活，对国民经济起到了明显的带动作用。我国的电子游戏行业正处于发展阶段，有着巨大的市场前景。我国的虚拟现实技术起始于20世纪90年代，起步比较晚，与美国和日本等发达国家比还有很大差距。但这种情况已经引起我国政府有关部门的高度重视，并根据我国国情，制定了开展虚拟现实技术的研究计划，国家863计划、国家自然科学基金、国防科工委都把虚拟现实技术列入重点资助范围，在国家973计划中虚拟现实技术的发展应用被列为重中之重[7]。这些都为我国虚拟现实技术的研究提供了有力支撑。我们可以想象，在不太遥远的将来，城市里的人们不需要跑到体育场去打羽毛球，在家里就可以玩。而随着网络的进一步发展，跟朋友们也同样能够在这些设备的帮助下进行体育互动，远程竞技。

参考文献:

[1]黄飞,于丽.虚拟现实的应用及技术简介[J].长春教育学院学报,2008,24(4):50-51.

[2]黄亚鹰,邵阳.游戏引擎创建虚拟现实校园的研究与应用[J].湖南理工学院学报,2011(6):49-50.

[3]郑理民.走向游戏设计的虚拟现实[J].艺术教育,2011(11):151.

[4]许丰.人力操控方法，软件及硬件装置[P].中国:CN101038504A,出版日期2007.9.19.

[5]微软公司.仿生学运动[P].中国:CN102135798A,出版日期2011.07.27.

[6]崔洋,包钢,王祖温.虚拟现实技术中力/触觉反馈的研究现状[J].机床与液压,2008,36(7):1-3.

[7]中国知识产权研究会主编.各行业专利技术现状及其发展趋势报告（2009-2010）[M].北京:知识产权出版社,2010:346-375.