虛擬實境 VR(virtual reality)

元宇宙 產業小學堂

虛擬實境(virtual reality,縮寫 VR),簡稱為虛擬技術,也稱虛擬環境,是利用電腦類比產生一個三維空間的虛擬世界,提供使用者關於視覺等感官的類比,讓使用者感覺彷彿身歷其境,可以即時、沒有限制地觀察三維空間內的事物。使用者進行位置移動時,電腦可以立即進行複雜的運算,將精確的三維世界影像傳回產生臨場感。該技術整合了電腦圖形、電腦仿真、人工智慧、感應、顯示及網路並列處理等技術的最新發展成果,是一種由電腦技術輔助生成的高技術類比系統。

技術與裝置

一般的虛擬實境裝置至少包含一個螢幕、一組感測器及一組計算元件,這些東西被組裝在這個裝置中.螢幕用來顯示仿真的影像,投射在使用者的視網膜上、感測器則用來感知使用者的旋轉角度、計算元件則收集感測器的資料,決定螢幕顯示的畫面為何.

額外的裝置可能包括一台高階電腦,用以補充計算元件的不足. 也可能有一對把手及定位器,用以偵測使用者的位置.

對螢幕最重要的要求是反應時間,目前電腦、手機等裝置所使用的螢幕多為 TFT-LCD,反應時間太長難以滿足虛擬實境的要求,這也是行動虛擬實境最大的挑戰.當前所知效果最好的螢幕為 OLED,但全世界能夠達到足夠品質要求的公司寥寥無幾.

截至 2016 年,至少超過200 家科技公司在開發 VR 相關產品。 例如知名科技巨頭亞馬遜、蘋果、臉書、Google、微軟、索尼和三星等都有專門的 AR 和 VR 小組。由於大部分虛擬實境技術都著重在視覺體驗上,因此系統中的螢幕將藉由顯示器解析度、影像延遲時間、螢幕重新整理頻率和螢幕與人眼視野的對應關係等四項特性會強烈影響參與者的沉浸體驗。例如當顯示器的解析度以及重新整理頻率過低時,影像由於不流暢呈現方式,仍會讓參與者可以識別影像為虛擬影像,而不夠寬廣的螢幕視野則會讓人有機會在特定角度下,非自願性的脫離虛擬影像,進而影響沉浸感。

影像延遲時間與螢幕重新整理頻率

由於更加貼近眼球位置,虛擬實境所需要的規格更高,反應時間也要更快。大多數小尺寸的 LCD 螢幕所使用的60Hz 重新整理頻率大約會引入約15 ms的額外延遲。如將重新整理頻率提升至 120Hz 甚至 240Hz以上,顯示器的延遲時間將降至 7ms 以下,因此能大副提升參與者的沉浸感,但在提高重新整理頻率的同時,圖形處理器(graphics processing unit, GPU)也要有能力可以處理高影格數 (frames per second, fps)的畫面。

虛擬實境=元宇宙 ?

元宇宙是以數位形式創造沉浸式數位虛擬世界的總稱,呈現的概念,可以分成擬真與符號化,有點類似動畫分成擬真(如侏儸紀世界)與卡通(動物方程式,仙履奇緣、玩具總動員…等迪士尼作品),虛擬實境的效果,主要以擬真(模擬真實)為主。

應用領域

線下主題館

VR 線下主題館將傳統電競與虛擬實境技術相結合,結合大空間光學動作捕捉系統、精確的多相機同步管理運算系統與特殊體感互動裝置等,玩家可以化身為遊戲中的虛擬角色,在特定遊戲場景中自由行動,同時藉助本地網路環境或雲平台,讓多人、多地的線上合作或對抗成為可能,極大增強了遊戲可玩性和趣味性。

數字展館

傳統展館多採用展品陳列、圖片展示、人員講解等方式向觀眾傳達資訊,難以實現多角度欣賞、近距離觀看功能,很難快速吸引觀眾興趣。虛擬實境技術與展館展示相結合,不僅體現了其開放、共享、多媒體呈現的特點,數位化呈現實體展的全部內容,還突破實體展的時空局限性,利用圖文、影片、三維模型等深度資料,對重點展品進行延展和補充,加強了視覺化的網路互動體驗,使得展覽內容更豐富和多樣。

文物保護

將虛擬實境技術應用於文物保護工作,可以建立數位化的文物保護方法,為文物的儲存、修復和展示提供了新的技術手段,讓歷史得以數位化再現,文明得以資訊化傳承。如2017 年,兵馬俑實施了200億像素360°全景兵馬俑坑展示工程和AI秦始皇兵馬俑復原工程。其中200億像素360°全景兵馬俑坑展示工程採用了矩陣全景技術,收錄了兵馬俑的一號坑和三號坑的高精度全景圖資料。

科研教學

相比傳統的訓練方式,醫學生使用實體(如小白鼠)解剖的成本不低,且通常無法重複利用。虛擬實境技術則可以幫助醫學生在虛擬手術台上反覆練習,雖然仍無法完全取代真實練習,但已經可以作為預習和強化記憶的手段,具備在醫學領域推廣應用條件。

課堂教學

在教育場景,虛擬實境技術可通過自然的互動方式,將抽象的學習內容視覺化、形象化,為學生提供傳統教材無法實現的沉浸式學習體驗,提升學生取得知識主動性,實現更高的知識保留度。目前,教育已成為虛擬實境應用行業中發展最快也是最先落地的領域,隨著政策的鼓勵和市場的驅動,預計虛擬實境教育市場還將持續增長。

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