浅谈元宇宙中的VR技术

在信息技术发展的过程中，传输带宽起着决定性的作用。从纯文本到多媒体，信息的展示方式日趋丰富。而5G的到来，为信息的三维化呈现及交互提供了更多可能，而全景内容恰恰是虚拟现实（VR））的技术能力，从而在元宇宙中占据了重要的地位。

VR 的历史脚步

早在1935年，一本科幻小说首次描述了一种特殊的眼镜，囊括了视觉、触觉、嗅觉等能力，最早描述了虚拟现实的概念。电影界在1962年诞生了一种仿真模拟器，相当于VR原型机，而第一款商业化的VR产品Eyephone是在1984年于美国上市的。在1990年之后，VR技术在游戏领域找到了落地场景，大名鼎鼎的任天堂就是这个领域的先驱，但直到oculus的出现，才真正将VR带入了普通大众的视野。2016年以后，尤其是元宇宙概念的提出，VR 技术引起了越来越多的关注。

VR 的相关概念

与VR 相关的技术还有AR 和全息投影， 它们之间有什么区别和联系呢？

VR是计算机生成的虚拟环境，是在很大程度上隔离了物理环境的封闭式体验。而AR则是用户直接或间接地观察真实的物理场景，数字元素直接叠加在目标的对象或背景上。对于全息投影而言，它是通过光的干涉和衍射再现三维图像的技术，核心是使用哪一种介质成像以及捕捉光作用的能力。

VR 的核心指标

基于VR 技术的应用有三个核心指标，即沉浸感、流畅度和可交互性。

沉浸感是VR技术的主要特征，VR对现实的模拟主要集中在视觉技术上，如何得到三维空间的视觉感官，是沉浸感的关键，视野范围和屏幕的刷新率是影响沉浸感的核心指标。

流畅度决定了沉浸感能否持续，带宽和网络丢包率是流畅度的核心指标。

可交互性决定了沉浸感能否长久，反映了环境对于操作交互的反馈程度，动作延迟是可交互性的核心指标。

VR 的核心技术

与其他智能硬件的产业链类似，VR技术同样包括硬件、软件、内容和应用等环节，本质是VR内容的生产和消费，核心技术是三维成像，多人交互和云端渲染。

三维成像集中在算法层面，包括三维重建、GPU加速、背景处理、光学技术以及同步定位的算法等。多人交互才会形成平行的数字世界，才会产生某种意义上的元宇宙，包括状态同步、视觉/语音交互、数据的不可篡改、智能导航等等。而云端渲染则提醒了后台处理的一些特殊性，例如分布式容器和边缘计算，高效传输和流化技术，等等。

VR技术面临的挑战

VR 技术面临的主要挑战包括电池技术、近眼显示技术和感知交互技术。

电池技术是所有便携式设备的约束，基于VR的应用多采用头盔的方式，同样不可避免。

近眼显示技术决定了眩晕感和视野等用户体验，从PPI来看，近眼显示屏要达到2000PPI相当于手机上300PPI 的体验，从而很难有显示屏能够达到这样的分辨率和像素密度，也难以具备对这样的视频进行解码和传输的计算能力。

感知交互是另一大难题，包括同步定位、手势/语音交互技术等。同步定位是指如何精准建立时空对应关系，一般采用摄像头矩阵为主，光学定位器为辅的方式。手势可以是裸手交互或者辅助手柄，或者其他类型的传感器，难点都在于算法的精度。

小结

VR技术是信息三维化的重要载体，同样经历着螺旋式上升的过程，随着今年元宇宙概念的兴起，又一次出现在了人们的视野，前景拭目以待。