作者：卢博
出版社：人民邮电出版社
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VR虚拟现实 商业模式+行业应用+案例分析试读：
前言
无论你是即将进军虚拟现实行业的创业者，还是虚拟现实行业相关领域的从业人士，都在面临着巨大的挑战和商机。
本书紧扣虚拟现实，从两条线进行了讲解。第一条是内容线，主要从虚拟现实的系统分类、技术特点、研究状况、硬件外设、典型产品、APP应用、软件平台、产业链、商业模式、互动营销以及场景营销等方面进行了阐述，以使读者对虚拟现实有初步的了解；第二条是案例线，深入浅出地阐述了虚拟现实技术在11大行业领域中的实际应用，以加深读者对虚拟现实的了解。
本书主要有以下两大特色。（1）实战最强：16章专题内容详解，11大行业领域发展，20多个完美单品介绍，100多张图片全程放送，200多张图解全程解析。（2）模式最新：基础+技术+应用+案例，全方位地讲解虚拟现实，让读者体会到不一样的精彩。
由于作者知识水平有限，书中难免有错误和疏漏之处，恳请广大读者批评、指正，联系邮箱：feilongbook@163.com。第1章虚拟现实：开启VR体验的全新时代
学前提示
虚拟现实时代已经来临。虽然目前虚拟现实技术多用于帮助人们提高看电影、打游戏时的视觉体验，但在不久的未来，虚拟现实技术或许可以带领人们走进太空、潜入水里。可以预见，这项技术将成为改变未来科技产业甚至人类生活方式的新兴技术。1.1 认识虚拟现实技术
人类有很多的梦想，有的梦想已经实现，有的梦想还在探索中，也许在不久的未来能够实现，也许永远都不会实现。值得庆幸的是，现在出现了一种技术，这种技术能够在一定程度上帮助人们实现体验神秘世界的梦想，例如逃离密室、沙漠中旅行、潜入海底、飞上月球等，就像亲身经历一般。这种技术就是虚拟现实技术。图1-1所示为虚拟现实技术的应用。图1-1 虚拟现实技术的应用1.1.1 定义
虚拟现实（Virtual Reality，VR）是在20世纪80年代初提出来的，它是一门建立在图1-2所示的技术基础上的交叉学科。图1-2 虚拟现实技术的基础技术
虚拟现实技术是一种仿真技术，也是一门极具挑战性的时尚前沿交叉学科，它通过计算机将仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、传感技术、多媒体技术相结合，生成一种虚拟的情境，这种虚拟的、融合多源信息的三维立体动态情境给人们的感觉就像真实的世界一样。1.1.2 系统组成
虚拟现实技术系统的组成主要包括图1-3所示的几个方面。图1-3 虚拟现实技术系统的组成
虚拟现实技术一改人与机器之间枯燥、生硬、被动的状态，给人们带来立体的感官享受，真正实现了人机交互，让人们沉醉在一个美妙绝伦的环境之中，如图1-4所示的虚拟现实城市。可以说，虚拟现实技术是当今最具发展前景的技术之一。图1-4 虚拟现实城市1.1.3 发展历史
虚拟现实技术的发展历史，大体上可以分为图1-5所示的4个阶段。图1-5 虚拟现实技术的发展历史
以上关于虚拟现实技术发展的4个阶段只是大体上的分类，我们还可以通过一些具体的事件来看虚拟现实技术的发展情况。
1962年，也就是20世纪60年代初，美国的一位电影摄影师Morton Heiling申请了Sensorama Simulato的专利，Sensorama Simulato是世界上第一个多感知仿真环境的VR视频系统。
1965年，Sutherland在《终极的显示》论文中，首次提到了交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的系统，这就是虚拟现实系统的基本思想。
1968年，“虚拟现实之父”Lvan Suther Iand研发出了一种头盔式的显示器和位置跟踪器，这种头盔式的显示器具有视觉沉浸感和跟踪功能。
1970年，第一个功能齐全的头戴式可视设备（Head Mount Display，HMD）系统出现。
到了20世纪80年代，美国开展了有关虚拟现实技术的研究，并取得了一系列成就，引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。
1984年，美国研究中心开发了用于火星探测的虚拟环境视觉显示器，构造出了火星表面的3D虚拟环境。
到了20世纪90年代，随着计算机技术的迅猛发展，人机交互系统也开始不断地创新和完善，于是虚拟现实技术开始进入商业化运营，但由于此时的虚拟现实技术还不够成熟，因此，市面上的虚拟现实系统主要以探索为主。
如今，虚拟现实技术正在慢慢进入成熟期，虚拟现实技术在现实生活中的应用也越来越广泛。1.2 虚拟现实的特征
虚拟现实技术是多种技术的结合，因此，它具有图1-6所示的4大特征。图1-6 虚拟现实技术的特征
下面具体介绍虚拟现实技术的这些主要特征。1.2.1 存在性
虚拟现实技术是根据人类的各种感官和心理特点，通过计算机设计出来的3D图像，它的立体性和逼真性，让人一戴上交互设备就如同身临其境，仿佛与虚拟环境融为一体，最理想的虚拟情境是让人分辨不出环境的真假，如图1-7所示。图1-7 虚拟现实技术让人如同置身于真实的情境中1.2.2 交互性
虚拟现实中的交互性是指人与机器之间的自然交互，人通过鼠标、键盘或者传感设备感知虚拟情境中的一切事物，而虚拟现实系统能够根据使用者的五官感受及运动，来调整呈现出来的图像和声音，这种调整是实时的、同步的，使用者可以根据自身的需求、自然技能和感官，对虚拟环境中的事物进行操作，这种自然交互的总结如图1-8所示。图1-8 虚拟现实的交互性总结1.2.3 创造性
虚拟现实中的虚拟环境并非是真实存在的，它是人为设计创造出来的。但同时，虚拟环境中的物体又是依据现实世界的物理运动定律而执行动作的，例如虚拟街道场景，就是根据现实世界的街道运动定律而设计创造的，如图1-9所示。图1-9 虚拟街道场景1.2.4 多感知性
在虚拟现实系统中，通常装有各种传感设备，这些传感设备包括视觉、听觉、触觉上的设备，未来还可能发展出味觉和嗅觉的传感设备，除了五官感觉上的传感设备之外，还有动觉类的传感设备和反应装置，这些设备让虚拟现实系统具备了多感知性功能，同时也让使用者在虚拟环境中能够获得多种感知，仿佛身临其境一般。1.3 虚拟现实系统分类
按照功能和实现方式的不同，可以将虚拟现实系统分成4类，如图1-10所示。图1-10 虚拟现实系统的分类1.3.1 可穿戴式
可穿戴式虚拟现实系统又被称为“可沉浸式虚拟现实系统”，人们通过头盔式显示器等设备，进入一个虚拟的、创新的空间环境中，然后通过各类跟踪器、传感器、数据手套等传感设备，参与到这个虚拟的空间环境中，如图1-11所示。图1-11 可穿戴式虚拟现实系统让人身临其境
可穿戴式虚拟现实系统的优点和缺点如图1-12所示。图1-12 可穿戴式虚拟现实系统的优点和缺点1.3.2 桌面式
桌面式虚拟现实系统主要是利用计算机或初级工作站进行虚拟现实工作，它的要求是让参与者通过诸如追踪球、力矩球、3D控制器、立体眼镜等外部设备，在计算机窗口上观察并操纵虚拟环境中的事物，如图1-13所示。图1-13 桌面式虚拟现实系统
桌面式虚拟现实系统的优点和缺点如图1-14所示。图1-14 桌面式虚拟现实系统的优点和缺点1.3.3 增强式
增强式虚拟现实系统是指把真实的环境和虚拟环境叠加在一起，这种系统现在已成为虚拟现实的一个分支，被称为“增强现实”（Augmented Reality，AR）。
增强现实是一种将真实世界的信息和虚拟世界的信息进行“无缝”链接的新技术，通过计算机等技术，将虚拟世界的一些信息通过模拟后进行叠加，然后呈现到真实世界的一种技术，这种技术使得虚拟信息和真实环境共同存在，大大地增强了人们的感官体验，如图1-15所示。图1-15 增强现实
增强现实技术包含了多种技术和手段，如图1-16所示。图1-16 增强现实技术包含的技术和手段
增强现实技术可广泛应用到军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等领域，它具有以下3个突出的特点。
真实环境和虚拟环境信息的叠加。
具有实时交互性。
在三维空间的基础上叠加、定位跟踪虚拟物体。1.3.4 分布式
分布式虚拟现实系统又称共享式虚拟现实系统，它是一种基于网络连接的虚拟现实系统，是将不同的用户通过网络连接起来，共同参与、操作同一个虚拟世界中的活动。例如异地的医学生，可以通过网络对虚拟手术室中的病人进行外科手术；不同的游戏玩家可以在同一个虚拟游戏中进行交流或战斗，如图1-17所示。图1-17 分布式虚拟现实系统
分布式虚拟现实系统的特点包括以下几点。
资源共享。
虚拟行为真实感。
实时交互的时间和空间。
与他人共享同一个虚拟空间。
允许用户自然操作环境中的对象。
用户之间可以以多种方式通信交流。1.4 虚拟现实系统的主要技术
虚拟现实系统是多种技术的综合，主要包括三维图形实时生成技术、立体显示技术、传感反馈技术、语音输入输出技术。接下来重点介绍虚拟现实系统的这些主要技术。1.4.1 三维图形实时生成技术
现在，利用计算机模型产生三维图形的技术已经十分成熟，但是虚拟现实系统的要求是这些三维图形能够实时生成。
例如在飞行虚拟系统中，要想达到实时的目的，图像的刷新频率就必须达到一定的速度，同时，图像要有很高的质量，还要考虑复杂的虚拟环境。所以说，想要实现实时三维图形生成是十分困难的。对图形刷新频率和图形质量的要求是该技术的主要内容。1.4.2 立体显示技术
在虚拟现实系统中，用户戴上特殊的眼镜，两只眼睛看到的图像是分别产生的，例如一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，这些图像分别显示在不同的显示器上，奇、偶帧之间的不同就使得视觉上产生了差距，从而呈现出立体效果。1.4.3 传感反馈技术
在虚拟现实系统中，用户可以通过一系列传感设备对虚拟世界中的物体进行五感的体验。例如，用户通过虚拟现实系统看到了一个虚拟的杯子，在现实生活中，人的手指是不可能穿过任何杯子的“表面”的，但在虚拟现实系统中却可以做到，并且还能感受到握住杯子的感觉，这就是传感反馈技术实现的触觉效果。要获得这种体验，通常要佩戴安装了传感器的数据手套，如图1-18所示。图1-18 传感反馈技术1.4.4 语音输入输出技术
在虚拟现实系统中，语音的输入输出技术就是要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人进行实时交互。要做到这一点是十分困难的，必须解决两大难题，一是效率问题，二是正确性问题。1.5 虚拟现实系统中人的感知因素
在虚拟现实系统中，有一个很重要的理论，叫作“虚物实化”理论，就是通过各种计算、传感、仿真技术将计算机生成的虚拟物体，通过传感刺激以自然的方式传递给使用者。因此，虚物实化理论的重要研究方向就是将虚拟现实系统与人的感知因素结合起来，从而确保使用者能够在虚拟环境中获得视觉、听觉、力觉和触觉等各种感官体验。1.5.1 虚拟现实与人的视觉
在视觉感知方面，虚拟现实已经做得十分成熟了，当用户戴上头盔后，就能在虚拟环境里体验到丰富的视觉效果。例如看到立体的恐龙、看到月球表面、看到海里的鲨鱼等。图1-19所示为虚拟现实游戏中的视觉体验。图1-19 虚拟现实游戏中的视觉体验1.5.2 虚拟现实与人的听觉
在虚拟现实中，音效也是很重要的一个环节。现实中，人们靠声音的相位差和强度差来判断声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同，所以当人们转头时，依然能够正确地判断出声音的方向。但在虚拟现实中，这一理论并不成立。因此，如何创造更立体、更自然的声效，来提高使用者的听觉感知，创造更真实的虚拟情境，是虚拟现实需要解决的问题。
著名音频厂商森海塞尔拿出了一套解决方案来展示声音对于虚拟现实的重要性，这套解决方案的名称叫作“Ambeo”。Ambeo是什么？用森海塞尔CEO的话来说，它就是一种针对不同类型环境的音频伞，在虚拟现实的应用中，Ambeo带来的音效无比震撼，就好像让人身临其境。1.5.3 虚拟现实与触觉和力觉
虚拟现实在触觉和力觉方面的感知，主要是通过各类感觉反馈器传达，当使用者戴上数据手套、穿上数据衣服之后，便能够在虚拟现实情境中感受到虚拟的事物，并产生触觉和力觉方面的感知，如图1-20所示。图1-20 虚拟现实中的触觉和力觉体验1.6 虚拟现实技术的研究状况
虚拟现实技术已经在多个国家和地区的医疗、游戏、军事航天、房地产开发、室内设计等领域得到广泛应用。1.6.1 国外的研究状况
关于虚拟现实技术在国外的研究成果和发展，主要以美国、英国和日本为例进行阐述。
1.美国
美国是虚拟现实技术的发源地，其研究水平基本上可以代表国际虚拟现实技术发展的水平，目前美国在该领域的基础研究主要集中在图1-21所示的4个方面。图1-21 美国在VR领域的基础研究
美国宇航局的Ames实验室的研究内容主要包括图1-22所示的内容。图1-22 美国宇航局的Ames实验室的研究内容
除了美国宇航局在虚拟现实领域的研究以外，美国各个大学也在这方面展开了深入的研究，如图1-23所示。图1-23 美国大学在VR领域展开的研究
2.英国
英国主要在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究等方面领先，到1991年年底，英国已经有4个从事VR技术研究的中心，如图1-24所示。图1-24 英国的4个从事VR技术研究的中心
3.日本
日本主要致力于大规模的VR知识库的研究和虚拟现实游戏方面的研究，主要的研究内容如图1-25所示。图1-25 日本企业从事VR技术的研究内容
除了以上的这些机构之外，东京大学的各个研究所也在VR领域展开了深入的研究，如图1-26所示。图1-26 东京大学各研究室在VR领域的研究1.6.2 国内的研究状况
虽然我国在VR领域的研究起步较晚，但是随着科技的发展和互联网应用的扩展，VR技术已经引起了我国科学家的高度重视。
我国的一些重点院校也在这方面展开了深入研究，譬如北京航空航天大学计算机系研究了图1-27所示的内容。图1-27 北京航空航天大学在VR领域的研究内容
除了北京航空航天大学在VR领域展开了研究之外，很多重点大学也在这一领域展开了研究，如图1-28所示。
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