嚴寶平

虛擬現(xiàn)實硬件的發(fā)展與游戲應用

嚴寶平

2015年虛擬現(xiàn)實硬件表現(xiàn)極為活躍，從企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)到市場的投資熱度，都呈現(xiàn)出前所未有的狀態(tài)。作為虛擬現(xiàn)實內(nèi)容支撐的最大板塊之一，虛擬現(xiàn)實游戲必將成為隨后的熱門產(chǎn)業(yè)。文章從硬件發(fā)展角度回顧了2015年的產(chǎn)業(yè)環(huán)境及代表性產(chǎn)品，以期通過對虛擬現(xiàn)實硬件的分析，引導對虛擬現(xiàn)實游戲發(fā)展形態(tài)的探究。

虛擬現(xiàn)實；VR游戲；體感游戲；虛擬沉浸

“虛擬現(xiàn)實元年”這一概念的版本有兩個，其中相對客觀的觀點是：2015年為“虛擬現(xiàn)實硬件元年”，2016年則為“虛擬現(xiàn)實內(nèi)容元年”。由此不難看出，近兩年虛擬現(xiàn)實這一概念熱度的不斷提升，其所引發(fā)的產(chǎn)業(yè)熱度及產(chǎn)值規(guī)模也正在被不斷放大。

一、基本概念與產(chǎn)業(yè)環(huán)境

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，以下簡稱VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成的模擬環(huán)境，通過多源信息融合，提供交互式三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，從而使得用戶在感知上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。VR概念并不新鮮，其成型技術(shù)與產(chǎn)品起源的時間與數(shù)字游戲相當，最早始于20世紀60年代。這點巧合也在一定程度預示著兩者在后續(xù)的發(fā)展中將碰撞出更大的火花。在此之前，小說家Stanley G.Weinbaum在1935出版了首部描述VR眼鏡的小說，之后包含VR內(nèi)容的科幻文學作品不斷涌現(xiàn)。自20世紀50年代開始，隨著影視工業(yè)的不斷推進，VR內(nèi)容也開始不斷出現(xiàn)在影視作品中。

在過去的近半個世紀，VR經(jīng)歷了幾次具有里程碑意義的發(fā)展：1982年雅達利公司研發(fā)了有關(guān)虛擬現(xiàn)實的街機項目；1984年著名計算機科學家Jaron Lanier首次提出VR概念并創(chuàng)立公司，進而推出第一款面向市場的VR眼鏡“EyePhone”；1990年代中期，雅達利、索尼、飛利浦等公司均發(fā)布了相應的頭戴設(shè)備。但“EyePhone”這一產(chǎn)品10萬美元的售價阻斷了其普及的道路，其他幾家公司的產(chǎn)品也同樣存在成本偏高且用戶習慣尚未建立的問題。

近年來，隨著技術(shù)的不斷升級與成本的不斷下降，軟硬件生態(tài)環(huán)境日趨成熟，至2015年，VR進入了新一輪的快車道。不少廠商重燃了對VR的興趣，競相發(fā)布各類產(chǎn)品或公布即將推出的相應產(chǎn)品。這一活躍氛圍也帶動著國內(nèi)中小廠商的同時跟進，進而形成了近于火熱的VR產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。

二、主要虛擬現(xiàn)實游戲硬件及其特征

本章主要分析2015年出現(xiàn)的可用于游戲體驗的VR產(chǎn)品，限于篇幅，不對各類產(chǎn)品的具體性能作更多分析。總體上，此類產(chǎn)品主要包括以顯示為主領(lǐng)域的頭盔類顯示硬件、眼鏡類顯示硬件以及體感營造與數(shù)據(jù)獲取類硬件。

(一)頭盔類顯示硬件

當前頭盔類顯示硬件，主要源自谷歌和Oculus兩家公司的創(chuàng)意。2014年5月谷歌發(fā)布了由再生紙板盒折成的一款廉價3D眼鏡；同年9月Oculus研制推出了頭顯類產(chǎn)品Crescent Bay；國內(nèi)的研發(fā)者們在兩者基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了VR一體機的概念；故目前市場上頭盔類顯示硬件存在三種產(chǎn)品形態(tài)。

1. Cardboard

谷歌提出的廉價3D眼鏡“Cardboard”，這一詞語在后續(xù)的發(fā)展過程中從一個產(chǎn)品名演變成了一類產(chǎn)品的代指。其原理為：將手機放置其中，頭盔添加了兩片光學鏡片，采用左右兩屏顯示模仿人眼左右取景效果，疊加后形成仿真3D的體驗；同時，由手機自帶的陀螺儀等相應傳感器獲得用戶體感數(shù)據(jù)，同步作用于顯示內(nèi)容，以達到仿真體驗的效果。谷歌于2015年5月發(fā)布了Cardboard第二代版本。其兼容的手機種類更多，整體細節(jié)與尺寸均有所優(yōu)化。

這一創(chuàng)意激活了國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的參與熱情。谷歌的用意是以最簡潔的形式讓消費者來感知VR的基礎(chǔ)概念，以深圳為中心的創(chuàng)業(yè)者們在Cardboard的基礎(chǔ)上做了微創(chuàng)新，加入了光學焦距和瞳距的可調(diào)節(jié)功能，用塑膠外殼代替了Cardboard的紙質(zhì)外殼，提升了產(chǎn)品的耐用性、舒適度及工業(yè)設(shè)計審美[1]。

目前Cardboard類VR頭盔的出貨量是所有VR硬件類產(chǎn)品中最大的。據(jù)主要從事光學鏡片生產(chǎn)的深圳銳圖統(tǒng)計，國內(nèi)市場每月至少有500萬套手機VR頭盔的出貨量。這一數(shù)據(jù)主要得益于此類產(chǎn)品的廉價與實用，同時手機廠商的追捧也是其成功的關(guān)鍵性因素之一。目前不少手機廠商隨手機出廠附送或是以低價套餐方式促銷Cardboard類VR頭盔。

據(jù)不完全統(tǒng)計，以暴風魔鏡為首的Cardboard類產(chǎn)品在2015年出現(xiàn)不下30個品牌。這些產(chǎn)品除基本外觀有所不同外，其性能也各有差別，典型差別如下：

表1 國內(nèi)主要Cardboard類產(chǎn)品的差異1)

1)數(shù)據(jù)來源于各廠商官方網(wǎng)站。

2. 頭顯類

CardBoard的優(yōu)勢在于廉價與應用方便，放入手機即可以體驗。但手機作為移動設(shè)備，自身性能也仍待優(yōu)化提升，故Cardboard在顯示效果與執(zhí)行性能上受到先天制約。

表2 2016年頭顯類VR產(chǎn)品出貨量預計1)

平臺預計出貨量HTCVIVE70萬臺OculusCV1230萬臺SONYPSVR900萬臺

1)資料來源于2016 TechCrunch國際峰會。

相比之下，頭顯類產(chǎn)品則有著較大的優(yōu)勢。頭顯類產(chǎn)品一般又被稱為PCVR，其生產(chǎn)廠商主要以HTC vive、Oculus cv1、Sony Project Morpheus(后更名為PSVR)為典型代表，這些生產(chǎn)廠商同時也是VR行業(yè)中迄今為止最具技術(shù)實力與生產(chǎn)工藝的廠商，其生產(chǎn)的頭顯類產(chǎn)品技術(shù)含量較高，體驗度較好[2]。

以HTC vive為代表的是面向重度大型游戲和對圖形引擎要求非常高的相關(guān)行業(yè)應用，其主體部分售價已經(jīng)相對較高，再加上一臺相對性能要求較高的PC主機，成本則明顯更高。但其目前代表了VR行業(yè)大多數(shù)的頂尖技術(shù)，這也一定程度上阻礙了此類產(chǎn)品在銷售上達到與Cardboard一樣或是相近的量級。

頭顯類由于直連電腦，不受移動設(shè)備在性能上的約束，可以充分發(fā)揮電腦作為游戲主機的運行效率，故其游戲體驗明顯優(yōu)于Cardboard類產(chǎn)品。以HTC vive為例，截止2016年5月已有240余款VR游戲可以通過其進行體驗，目前也有很多重量級游戲廠商正在以其為平臺研發(fā)3A級大作，其中包括Bethesda的《輻射4》。

3. 一體機

一體機概念的提出，是對Cardboard與頭顯類產(chǎn)品的綜合。Cardboard本身與手機的分離使得用戶體驗存在了太多的不確定性，頭顯類產(chǎn)品對PC的依賴以及連線的束縛也在一定程度上影響了用戶體驗的提升[3]，一體機正是應對于這些用戶的“痛點”而產(chǎn)生的。

目前一體機方面的國內(nèi)品牌主要有睿悅伏翼、大朋、千幻魔鏡等，但與Cardboard相比，其銷售量則較為有限。以熱度比較高的大朋VR一體機為例，根據(jù)其官方公布的數(shù)據(jù)，截止2016年5月，其線上訂單為2萬臺，與Cardboard動輒500萬的月出貨量相比，差距較大。

表3 國內(nèi)主要VR一體機類產(chǎn)品的游戲方面的關(guān)注1)

1)數(shù)據(jù)來源于各廠商官方網(wǎng)站。

一體機的優(yōu)勢在于使用上更為便捷，但劣勢也是較為明顯的，在目前行業(yè)初期價格戰(zhàn)為主導的商業(yè)模式下，成本不斷壓縮的同時也壓縮了性能提升的空間。另一方面，若以性能為主導則很容易觸及頭顯類產(chǎn)品的價格區(qū)間，也會對產(chǎn)品的生存空間產(chǎn)生不利影響。

(二)眼鏡類顯示硬件

上述的頭盔類顯示系以VR為工作原理的設(shè)備，而另一個比較受關(guān)注的顯示類設(shè)備則是以MR(Mix Reality，混合現(xiàn)實，即同時兼具虛擬現(xiàn)實VR與增強現(xiàn)實AR的特重)為工作原理。

目前MR眼鏡類顯示硬件產(chǎn)品相對單一，基本被微軟Hololens全息眼鏡所壟斷。該設(shè)備是微軟推出的一款頭戴式MR裝置，可以完全獨立使用，無需線纜連接、無需同步電腦或智能手機。2015年1月22日，微軟舉辦Windows 10預覽版發(fā)布會時推出了此款產(chǎn)品。

目前基于Hololens的游戲也處于剛起步階段，主要有其官方提供的《X射線計劃》(Project X-Ray，如圖1)、《RoboRaid》、《Fragments》、《Young Conker》等。

圖1 《X射線計劃》游戲截圖

(三)體感營造與數(shù)據(jù)獲取類硬件

體感營造類硬件一方面源自傳統(tǒng)的游戲操控類設(shè)備在VR領(lǐng)域的性能改造，另一方面則源自對傳感器功能的深度挖掘。

前者主要包括如VR體感槍、震動手柄以及VR太空艙等，后者主要包括如數(shù)據(jù)手套、腕帶手環(huán)(臂環(huán))、腦電波意念控制器等。限于篇幅，以下僅對具有代表意義的VR太空艙、數(shù)據(jù)手套與腕帶臂環(huán)進行簡單描述。

VR太空艙通常采用六軸或是九軸動力傳動，運用傳感技術(shù)，通過特殊機械設(shè)計的液壓底座或氣壓底座，模擬9D場景的視角轉(zhuǎn)變、車輛的顛簸感、甚至人物的行動，從而形成第四個維度。在人物運動的同時，特效同步軟件將預設(shè)在影片中的場景信息提取出來，以達到對影片環(huán)境效果(如風雪、氣味等)的模擬(如圖2)。

數(shù)據(jù)手套的出現(xiàn)，為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供了一種全新的交互手段，目前的產(chǎn)品已經(jīng)能夠檢測手指的彎曲，并利用磁定位傳感器來精確地定位出手在三維空間中的位置。這種結(jié)合手指彎曲度測試和空間定位測試的數(shù)據(jù)手套被稱為“真實手套”，可以為用戶提供一種非常真實自然的三維交互手段(如圖3)。

MYO腕帶(手勢控制臂環(huán))是加拿大創(chuàng)業(yè)公司Thalmic Labs推出的創(chuàng)新性臂環(huán)，佩戴它的任何人只需動動手指或手腕部，即可操作科技產(chǎn)品，與之發(fā)生互動。手勢控制臂環(huán)可以佩戴在任何一條胳膊的肘關(guān)節(jié)上方，探測用戶的肌肉產(chǎn)生的電活動。它通過低功率的藍牙設(shè)備與其他電子產(chǎn)品進行無線連接，不需要借助光學捕捉即可感知用戶的動作。

圖2 VR太空艙

圖3 數(shù)據(jù)手套

三、VR游戲受硬件的制約及其發(fā)展展望

根據(jù)馬歇爾·麥克盧漢對游戲的描述：“游戲是人類心靈的戲劇模式，給各種具體的緊張情緒提供發(fā)泄的機會……它是親密而安全的，使我們能夠分享自己內(nèi)心最深層的幻想”[4]。據(jù)此界定了游戲存在的核心價值，VR游戲相對傳統(tǒng)游戲在進行幻想表現(xiàn)時，對空間的營造、沉浸感的提供，進而以最快的速度創(chuàng)建玩家的心流狀態(tài)具有更大的優(yōu)勢[5]。但值得注意的是，VR游戲的發(fā)展仍受制于硬件的諸多問題，具體分析如下：

(一)硬件標準的不夠統(tǒng)一

軟件體系的形成，取決于硬件體系的完善?；仡櫜婚L的數(shù)碼技術(shù)史，因硬件體系的不夠統(tǒng)一導致的軟件領(lǐng)域發(fā)展受阻案例眾多，以游戲為例，2008年前的手機游戲便是一例。手機游戲伴隨著手機的產(chǎn)生與廣泛使用，經(jīng)歷了從無到有的萌芽階段。2004年起，以塞班為首的智能手機日漸普及，出現(xiàn)了主打游戲功能的Nokia N-Gage一類的特別品類，手機游戲亦因之而迅速發(fā)展。但好景不長，在接下來的2005—2006年，一大批手機游戲企業(yè)紛紛倒閉。究其原因，主要受制于彼時手機的硬件不統(tǒng)一。市面上無論是操作系統(tǒng)還是屏幕尺寸，都未見如當前iOS與Android兩大陣營主導的相對統(tǒng)一的模式，這一癥結(jié)導致手機游戲開發(fā)成本太高，運維環(huán)境復雜，用戶也極易隨著手機的更換而流失。

如今這一問題，仍可以在VR硬件中找到映射。當前尚未建立權(quán)威且可操作的VR標準，各廠商間的產(chǎn)品形態(tài)差異性還很大，這使得內(nèi)容開發(fā)者面對多種形態(tài)的產(chǎn)品時，無論是實際投入還是心理預期，其開發(fā)成本都是較大的。同時，因受制于相對統(tǒng)一平臺的缺乏，用戶的體驗與付費形式也仍未建立，這也成為制約VR游戲發(fā)展的一大要素[6]。

(二)VR眩暈阻止了其長時間體驗

雖然通過將畫面顯示分辨率提升到2K，刷新頻率提升到60Hz以上，延遲時間降低到8ms以下，一定程度上已經(jīng)大大地降低了眩暈感，但這一問題仍將長期存在[7]。首先是由于對3D視覺已經(jīng)習慣的人群仍未覆蓋較寬的年齡層，其次長時間(以超出20分鐘作為標準)的游戲體驗仍無法回避眩暈感的產(chǎn)生。這一問題也成了制約VR游戲深度發(fā)展的關(guān)鍵因素。對于輕量級的游戲，20分鐘以內(nèi)可以滿足需求，但若是投放3A級游戲大作，顯然將成為影響體驗的一大障礙。

基于上述兩大問題的分析，VR游戲的進一步發(fā)展，仍將取決于VR硬件的標準統(tǒng)一與性能提升。在當前階段，我們一方面需要通過對現(xiàn)有硬件水平的充分挖掘，提升內(nèi)容產(chǎn)品的供應量，在科學有序的過程中積極地創(chuàng)造用戶體驗的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，培養(yǎng)用戶的體驗習慣，進而建立有一定量級的用戶儲備[8]；另一方面，則需科學合理地配合當前的硬件水平，積極地研發(fā)時長較短的游戲產(chǎn)品，以提前在用戶產(chǎn)生眩暈感前，及時結(jié)束游戲或是以其他形式進行替換，為可持續(xù)的游戲體驗創(chuàng)造機會。

總體而言，VR游戲的前景是非常樂觀的，無論是主打游戲體驗的商業(yè)游戲內(nèi)容，還是融入應用體系的嚴肅游戲領(lǐng)域，都將隨著VR硬件產(chǎn)業(yè)的進一步提升完善而得到充分發(fā)展。

[1]高源，劉越，程德文，等.頭盔顯示器發(fā)展綜述[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學學報，2016 (6): 896-904.

[2]溫才健,曹克亮.VR技術(shù)三年內(nèi)在游戲領(lǐng)域的發(fā)展前景分析[J].新絲路, 2016(9)：54.

[3]劉向銅,熊助國,曹秋香.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的若干問題及發(fā)展展望[J].水利科技與經(jīng)濟,2006 (5): 324-327.

[4]張?zhí)m蘭.探索中國的VR游戲玩法[N].中國信息化周報,2016-4-11(13).

[5]中國虛擬現(xiàn)實行業(yè)報告：2015年市場規(guī)模達15.4億元[EB/OL].(2016-01-11)[2016-11-05].http://games.qq.com/a/20160111/024273.htm.

[6]李懷驥.主體的終結(jié)：VR藝術(shù)的游戲性體驗[J].東方藝術(shù),2010(21): 108-113.

[7]周文杰，王賀.麥克盧漢游戲思想的現(xiàn)實解讀[J].科技創(chuàng)新導報，2010(14):247.

[8]黃鳴奮.新媒體與西方數(shù)碼藝術(shù)理論[M].上海：學林出版社，2009：396-398.

The Development of VR Hardware and Game Application

Yan Baoping

In 2015, VR hardware developed well and it was an investment hot spot in products research and development and marketing. As one of the major supporting plates of VR, VR game is bound to be a popular industry in the future. From the perspective of hardware development, this report reviews the industrial environment and representative products in 2015. Through the analysis of VR hardware, it gives rise to further exploration of the development pattern of VR game.

VR; VR game; somatosensory game; virtual immersion

嚴寶平，南京藝術(shù)學院傳媒學院講師。

G114

A

10.3969/j.issn.2095-042X.2017.01.015

2016-10-25；責任編輯:陳鴻)