常见的VR虚拟现实硬件设备

　　现在VR技术处于一个快速发展时期，所以有很多的人都看好VR设备的未来。下面为您精心推荐了VR虚拟现实硬件设备，希望对您有所帮助。

　　VR硬件设备

　　1、VR建模设备。VR建模是利用虚拟现实技术将数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感与测量技术、仿真与人工智能等多学科融于一体，为人们建立起一种逼真的、虚拟的、交互式的三维空间环境。常见的如3D扫描仪设备。

　　2、三维视觉显示设备。包括实时三维计算机图形技术，广角(宽视野)立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术等。常见的如3D展示系统，大型投影系统如CAVE，头戴式立体显示器等。

　　3、VR声音设备，包含三维立体声和语音识别。三维声音是由计算机生成的、能由人工设定声源在空间中的三维位置的一种合成声音;VR语音识别系统让计算机具备人类的听觉功能，是人机以语言这种人类最自然的方式进行信息交换。常见如三维的声音系统以及非传统意义的立体声。

　　4、交互设备。包括位置追踪仪、数据手套、3D输入设备、动作捕捉设备、眼动仪、力反馈设备以及其他交互设备。

　　VR设备中常见的动作

　　1.激光定位技术

　　基本原理就是在空间内安装数个可发射激光的装置，对空间发射横竖两个方向扫射的激光，被定位的物体上放置了多个激光感应接收器，通过计算两束光线到达定位物体的角度差，从而得到物体的三维坐标，物体在移动时三维坐标也会跟着变化，便得到了动作信息，完成动作的捕捉。

　　代表：HTC Vive - Lighthouse定位技术

　　HTC Vive的Lighthouse定位技术就是靠激光和光敏传感器来确定运动物体的位置，通过在空间对角线上安装两个高大概2米的“灯塔”，灯塔每秒能发出6次激光束，内有两个扫描模块，分别在水平和垂直方向轮流对空间发射激光扫描定位空间。

　　HTC Vive的头显和两个手柄上安装有多达70个的光敏传感器，其通过计算接收激光的时间来得到传感器位置相对于激光发射器的准确位置，利用头显和手柄上不同位置的多个光敏传感器从而得出头显/手柄的位置及方向。

　　激光定位技术的优势在于相对其他定位技术来说成本较低，定位精度高，不会因为遮挡而无法定位，宽容度高，也避免了复杂的程序运算，所以反应速度极快，几乎无延迟，同时可支持多个目标定位，可移动范围广。

　　不足的是，其利用机械方式来控制激光扫描，稳定性和耐用性较差，比如在使用HTC Vive时，如果灯塔抖动严重，可能会导致无法定位，随着使用时间的加长，机械结构磨损，也会导致定位失灵等故障。

　　2.红外光学定位技术

　　这种技术的基本原理是通过在空间内安装多个红外发射摄像头，从而对整个空间进行覆盖拍摄，被定位的物体表面则安装了红外反光点，摄像头发出的红外光再经反光点反射，随后捕捉到这些经反射的红外光，配合多个摄像头工作再通过后续程序计算后便能得到被定位物体的空间坐标。

　　代表： Oculus Rift 主动式红外光学定位技术+九轴定位系统

　　与上述描述的红外光学定位技术不同的是，Oculus Rift采用的是主动式红外光学定位技术，其头显和手柄上放置的并非红外反光点，而是可以发出红外光的“红外灯”。

　　然后利用两台摄像机进行拍摄，需要注意的是，这两台摄像机加装了红外光滤波片，所以摄像机能捕捉到的仅有头显/手柄上发出的红外光，随后再利用程序计算得到头显/手柄的空间坐标。

　　相比红外光学定位技术利用摄像头发出的红外光再经由被追踪物体的反射获取红外光，Oculus Rift的主动式红外光学定位技术，则直接在被追踪物体上安装红外发射器发出红外光被摄像头获取。

　　另外Oculus Rift上还内置了九轴传感器，其作用是当红外光学定位发生遮挡或者模糊时，能利用九轴传感器来计算设备的空间位置信息，从而获得更高精度的定位。

　　标准的红外光学定位技术同样有着非常高的定位精度，而且延迟率也很低，不足的是这全套设备加起来成本非常高，而且使用起来很麻烦，需要在空间内搭建非常多的摄像机，所以这技术目前一般为商业使用。

　　而Oculus Rift的主动式红外光学定位技术+九轴定位系统则大大降低了红外光学定位技术的复杂程度，其不用在摄像头上安装红外发射器，也不用散布太多的摄像头(只有两个)，使用起来很方便，同时相对HTC Vive的灯塔也有着很长的使用寿命。

　　不足的是，由于摄像头的视角有限，Oculus Rift不能在太大的活动范围使用，可交互的面积大概为1.5米*1.5米，此外也不支持太多物体的定位。

　　3.可见光定位技术

　　可见光定位技术的原理和红外光学定位技术有点相似，同样采用摄像头捕捉被追踪物体的位置信息，只是其不再利用红外光，而是直接利用可见光，在不同的被追踪物体上安装能发出不同颜色的发光灯，摄像头捕捉到这些颜色光点从而区分不同的被追踪物体以及位置信息。

　　代表：PS VR

　　索尼的PS VR采用的便是上述这种技术，很多人以为PS VR头显上发出的蓝光只是装饰用，实际是用于被摄像头获取，从而计算位置信息，而两个体感手柄则分别带有可发出天蓝色和粉红色光的灯，之后利用双目摄像头获取到这些灯光信息后，便能计算出光球的空间坐标。

　　相比前面两种技术，可见光定位技术的造价成本最低，而且无需后续复杂的算法，技术实现难度不大，这也就为什么PS VR能买这么便宜的其中一个原因，而且灵敏度很高，稳定性和耐用性强，是最容易普及的一种方案。

　　不足的是这种技术定位精度相对较差，抗遮挡性差，如果灯光被遮挡则位置信息无法确认;而且对环境也有一定的使用限制，假如周围光线太强，灯光被削弱，可能无法定位，如果使用空气有相同色光则可能导致定位错乱;同时也由于摄像头视角原因，可移动范围小，灯光数量有限，可追踪目标不多。

　　4.计算机视觉动作捕捉技术

　　这项技术基于计算机视觉原理，其由多个高速相机从不同角度对运动目标进行拍摄，当目标的运动轨迹被多台摄像机获取后，通过后续程序的运算，便能在电脑中得到目标的轨迹信息，也就完成了动作的捕捉。

　　代表：Leap MoTIon手势识别技术

　　Leap MoTIon在VR应用中的手势识别技术便利用了上述的技术原理，其在VR头显前部安装有两个摄像头，利用双目立体视觉成像原理，通过两个摄像机来提取包括三维位置在内的信息进行手势的动作捕捉和识别，建立手部立体模型和运动轨迹，从而实现手部的体感交互。

　　采用这种技术的好处是可以利用少量的摄像机对监测区域的多目标进行动作捕捉，大物体定位精度高，同时被监测对象不需要穿戴和拿取任何定位设备，约束性小，更接近真实的体感交互体验。

　　不足的是，这种技术需要庞大的程序计算量，对硬件设备有一定配置要求，同时受外界环境影响大，比如环境光线昏暗、背景杂乱、有遮挡物等都无法很好的完成动作捕捉;此外捕捉的动作如果不是合理的摄像机视角以及程序处理影响等，对于比较精细的动作可能无法准确捕捉。

　　5.基于惯性传感器的动作捕捉技术

　　采用这种技术，被追踪目标需要在重要节点上佩戴集成加速度计，陀螺仪和磁力计等惯性传感器设备，这是一整套的动作捕捉系统，需要多个元器件协同工作，其由惯性器件和数据处理单元组成，数据处理单元利用惯性器件采集到的运动学信息，当目标在运动时，这些元器件的位置信息被改变，从而得到目标运动的轨迹，之后再通过惯性导航原理便可完成运动目标的动作捕捉。

　　代表：诺亦腾 - PercepTIon Neuron

　　PercepTIon Neuron是一套灵活的动作捕捉系统，使用者需要将这套设备穿戴在身体相关的部位上，比如手部的话捕捉需要戴一个“手套”。其子节点模块体积比硬币还小，却集成了加速度计、陀螺仪以及磁力计的惯性测量传感器，之后便可以完成单臂、全身、手指等精巧动作及大动态的奔跑跳跃等等的动作捕捉，可以说是上述的动作捕捉技术中可捕捉信息量最大的一个，而且可以无线传输数据。

　　相比以上的动作捕捉技术，基于惯性传感器的动作捕捉技术受外界的影响小，不用在使用空间上安装“灯塔”、摄像头等杂乱部件，而且可获取的动作信息量大、灵敏度高、动态性能好、可移动范围广，体感交互也完全接近真实的交互体验。

　　比较不足的是，需要将这套设备穿戴在身体，可能会造成一定的累赘，同时由于传感器的工作。

　　VR设备的常用常识

　　这些头戴式显示器是具体如何工作的?

　　在这条探索虚拟现实的路上，Oculus、Valve和Sony都殊途同归的了解到：要在新的硬件中提炼出“真实”，有一些特定的元素必须做得恰到好处。首先就是视野要足够宽，不再局限于一片方形的屏幕;其次画面的刷新率也要足够快，达到与人眼与人脑同步的反应速度;最后，画面的延迟也要被压缩到可以被忽略不计的程度。

　　谈到头戴式显示器，如果我们把此前就已经开始出现在市场上的所谓“3D眼镜”也算在内的话，其实数量已经不少了。

　　眼下VR设备的工作方式其实很好理解，说白了其实就是将两片小屏幕放在距离眼睛很近的距离上，并将原来鼠标移动镜头的功能置换到了头戴设备中，通过陀螺仪、追踪器、电磁感应装置等内置在头盔内的设备实现这个曾经简单的功能。理论上讲，单靠上述装置就应该能够实现对使用者头部动作的捕捉，但由于目前的技术还不够成熟，三家大的VR硬件开发者都还要仰赖额外的.外部装置来实现精确捕捉，即外部摄像头或LED传感器。

　　VR设备要实现3D化的视觉体验，对硬件也提出了更多的要求。原来的图像要渲染两次，一只眼睛一次。这部分消耗掉的额外运算能力自然也要有它的出处，它可以来自强大PC的CPU或GPU，也可以来自头戴设备所搭载的额外运算单元。

　　这就是索尼PS VR可能会搭载的辅助运算单元，显然单靠PS4原来的机能已经不足以独立撑起VR外设了

　　头戴式显示器戴起来能有多舒适?

　　Oculus花了这么长时间才进入市场的原因之一是产品的舒适度一直达不到设计者的要求。为装备减重是头一项艰巨的任务，初代的Oculus开发套件重量为380克(DK1)，第二代开发套件(DK2)的重量是440克，看上去是增加了，但据说商用版本在减重方面做出了更多的努力。与此同时，设计者还必须想办法将设备的刷新率提升到90HZ(意思是展现出来的画面每秒刷新90次)，并为设备提供更加舒适的佩戴方式与可调节聚焦的功能。

　　Oculus CEO Brendan Iribe 说。“这个项目给我们带来了源源不断的挑战。我们尝试把所有进入你眼睛里的光线替换掉，然后给你一双电脑生成的眼睛，让你觉得很自然，像在真实世界中一样。这项技术才刚刚起步，以后肯定会越来越完善。我们和Rift已经找到了门道，所以多数的使用者在适应一段时间后都可以长时间的使用我们的VR设备了。”

　　在明年发布的三个头戴式显示器都能够与眼镜同时佩戴，在头戴式显示器内的空间比你想象中大，除非你的眼镜框特别的宽大，否则都能与头戴式显示器同时使用。不过担心这个其实没有必要，因为如果头戴式显示器大多拥有调节聚焦功能的话，即便你裸眼视力较差，也能够在大多数情况下通过这种方式调节出清晰的画面。只有极其个别的玩家可能会需要一副新的眼镜。

　　这其实还是3D眩晕症在作祟。总而言之，我们很难欺骗自己的大脑，如果我们不相信看见的假象，就会很可能得3D眩晕症。症状包含冷汗，眩晕，眼花，头痛，脸色苍白，恶心，最严重的情况下还会呕吐。

　　开发者们正在尽全力通过技术手段减少这种情况的发生，不过对于一些容易受到3D眩晕症影响的玩家来说，这种情况恐怕无法完全避免。头戴式显示器带来的眩晕感其实与用传统显示器玩FPS带来的眩晕感没有本质不同，不少玩家可能会在初次尝试时产生不适感，但经过一段时间的习惯，绝大多数的玩家的这种感觉都会逐渐消失。

　　在3A级FPS中适用这种技术会很有可能会让FPS重获新生

　　最舒适的VR体验是让镜头控制头部移动。这样能让人不感觉难受是因为我们前庭神经系统在运作。我们的内耳里面有叫做纤毛的纤细茸毛，这些纤毛在末端都有显微结晶。在人移动头部的时候，这些毛发就会弯曲转动，向大脑传递信号以适应位置的变化。在眼睛传送给大脑的信息与前庭神经系统收到的信息不同时，就会发生 3D眩晕症。

　　这张图片介绍了人眼在观察现实世界与使用VR设备时的不同聚焦方式，看起来确实需要适应一段时间

　　不过归根究底，从过往的经验来看，任何3D化的体验都会带来类似的问题。Oculus也因此计划在他们的作品中引入一个舒适度评级制度。“在商店中上架的商品，都必会按照一定程度的眩晕水平评级。”Oculus国际工作室负责人Jason Rubin说，“我们会保证所有产品都达到某一个舒适度标准。也会让消费者了解什么作品相对更舒适，什么作品可能会考验他们的胃。”

　　虚拟现实对胆小的人来说安全吗?

　　关于虚拟现实的另一个挥之不去的担忧是我们已经习惯于在二维中接触暴力和恐怖的内容，那么我们还可以在沉浸式中体验这些内容吗?在2014的一次展会上，Cloud Head Hames的Denny Unger 提醒开发者不要滥用沉浸式体验。“当广告放出时，有人说要把谁谁谁吓死，比如让心脏病人发病之类的。”他说：“这类“吓人”的作品肯定会有，这种情况估计也肯定会发生的。”

　　不过话说回来，电影院里的恐怖片也吓死过人，传统显示器上的恐怖游戏也让许多人夜不能寐，是否敢下水，还得看你自己了。

　　VR把我们从身边的环境隔离，这是否安全?

　　舒适度并不是VR面临的唯一挑战。头戴式显示器带来的是一种隔离的感觉，特别是从入耳式耳机变成噪声隔离或是噪声消除装置以后，你现在将既看不到、也听不到外面的世界。现在还没有什么好办法能让人戴着头戴式显示器的同时与真实世界进行互动，无论是接电话还是和屋内人说话。说白了，由于你连自己的桌面都看不到，想抓起杯子喝口水都会很困难。

　　如果不把各种潜在的法律漏洞堵住，虚拟现实设备恐怕会造成许多难缠的官司

　　在头戴式显示器里安装能显示使用者周围环境的镜头，一按按钮就可以看向外面，这也是一种解决办法。但是Iribe认为这都不是最好的解决办法。“这种想要穿过镜头的方式对人来说不会很舒服。” Iribe说：“对于眼睛来说，它所展现出来的景象是错位的。这不是什么好办法。要快速从隔离中脱离出来确认屋内情况，这样的方法固然可行，但肯定会让人产生更多的不适感。按按钮就可以看外面并不是什么新技术，任何一家进军VR市场的硬件商都能轻易的加上这个功能。但我们认为，更好的办法是通过某种扫描方式让你周遭的环境以地图的形式展现在你的面前，这样能更好的避免你在游戏中撞到墙。

　　目前，使用者在用产品的时候会被告知一系列关于安全和健康的警告。Oculus 建议限制使用时间，并与使用者保持持续沟通来完善安全条款。Oculus Rift的发售将是VR产品第一次大量涌入市场，消费者们势必会反馈回很多千奇百怪的问题，很难说开发者在这方面就做好了完全的准备，不过他们在态度上则绝对是“严阵以待”。

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