嚴(yán)寶平

虛擬現(xiàn)實(shí)硬件的發(fā)展與游戲應(yīng)用

嚴(yán)寶平

2015年虛擬現(xiàn)實(shí)硬件表現(xiàn)極為活躍，從企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)到市場(chǎng)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(shí)內(nèi)容支撐的最大板塊之一，虛擬現(xiàn)實(shí)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(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)硬件的分析，引導(dǎo)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)游戲發(fā)展形態(tài)的探究。

虛擬現(xiàn)實(shí)；VR游戲；體感游戲；虛擬沉浸

“虛擬現(xiàn)實(shí)元年”這一概念的版本有兩個(gè)，其中相對(duì)客觀的觀點(diǎn)是：2015年為“虛擬現(xiàn)實(shí)硬件元年”，2016年則為“虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容元年”。由此不難看出，近兩年虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)(Virtual Reality，以下簡(jiǎn)稱VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成的模擬環(huán)境，通過多源信息融合，提供交互式三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)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(shí)間與數(shù)字游戲相當(dāng)，最早始于20世紀(jì)60年代。這點(diǎn)巧合也在一定程度預(yù)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(xué)作品不斷涌現(xiàn)。自20世紀(jì)50年代開始，隨著影視工業(yè)的不斷推進(jìn)，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(gè)世紀(jì)，VR經(jīng)歷了幾次具有里程碑意義的發(fā)展：1982年雅達(dá)利公司研發(fā)了有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)的街機(jī)項(xiàng)目；1984年著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家Jaron Lanier首次提出VR概念并創(chuàng)立公司，進(jìn)而推出第一款面向市場(chǎng)的VR眼鏡“EyePhone”；1990年代中期，雅達(dá)利、索尼、飛利浦等公司均發(fā)布了相應(yīng)的頭戴設(shè)備。但“EyePhone”這一產(chǎn)品10萬美元的售價(jià)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(xí)慣尚未建立的問題。

近年來，隨著技術(shù)的不斷升級(jí)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(jìn)入了新一輪的快車道。不少?gòu)S商重燃了對(duì)VR的興趣，競(jìng)相發(fā)布各類產(chǎn)品或公布即將推出的相應(yīng)產(chǎn)品。這一活躍氛圍也帶動(dòng)著國(guó)內(nèi)中小廠商的同時(shí)跟進(jìn)，進(jìn)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(shí)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(yàn)的VR產(chǎn)品，限于篇幅，不對(duì)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(yíng)造與數(shù)據(jù)獲取類硬件。

(一)頭盔類顯示硬件

當(dāng)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(jià)3D眼鏡；同年9月Oculus研制推出了頭顯類產(chǎn)品Crescent Bay；國(guó)內(nèi)的研發(fā)者們?cè)趦烧呋A(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了VR一體機(jī)的概念；故目前市場(chǎng)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(jià)3D眼鏡“Cardboard”，這一詞語(yǔ)在后續(xù)的發(fā)展過程中從一個(gè)產(chǎn)品名演變成了一類產(chǎn)品的代指。其原理為：將手機(jī)放置其中，頭盔添加了兩片光學(xué)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(yàn)；同時(shí)，由手機(jī)自帶的陀螺儀等相應(yīng)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(dá)到仿真體驗(yàn)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(jī)種類更多，整體細(xì)節(jié)與尺寸均有所優(yōu)化。

這一創(chuàng)意激活了國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)的參與熱情。谷歌的用意是以最簡(jiǎn)潔的形式讓消費(fèi)者來感知VR的基礎(chǔ)概念，以深圳為中心的創(chuàng)業(yè)者們?cè)贑ardboard的基礎(chǔ)上做了微創(chuàng)新，加入了光學(xué)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(jì)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(xué)鏡片生產(chǎn)的深圳銳圖統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)每月至少有500萬套手機(jī)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(jià)與實(shí)用，同時(shí)手機(jī)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(jī)廠商隨手機(jī)出廠附送或是以低價(jià)套餐方式促銷Cardboard類VR頭盔。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，以暴風(fēng)魔鏡為首的Cardboard類產(chǎn)品在2015年出現(xiàn)不下30個(gè)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(guó)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(shì)在于廉價(jià)與應(yīng)用方便，放入手機(jī)即可以體驗(yàn)。但手機(jī)作為移動(dòng)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(yù)計(jì)1)

平臺(tái)預(yù)計(jì)出貨量HTCVIVE70萬臺(tái)OculusCV1230萬臺(tái)SONYPSVR900萬臺(tái)

1)資料來源于2016 TechCrunch國(guó)際峰會(huì)。

相比之下，頭顯類產(chǎn)品則有著較大的優(yōu)勢(shì)。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(shí)也是VR行業(yè)中迄今為止最具技術(shù)實(shí)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(yàn)度較好[2]。

以HTC vive為代表的是面向重度大型游戲和對(duì)圖形引擎要求非常高的相關(guān)行業(yè)應(yīng)用，其主體部分售價(jià)已經(jīng)相對(duì)較高，再加上一臺(tái)相對(duì)性能要求較高的PC主機(jī)，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(dá)到與Cardboard一樣或是相近的量級(jí)。

頭顯類由于直連電腦，不受移動(dòng)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(jī)的運(yùn)行效率，故其游戲體驗(yàn)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(jìn)行體驗(yàn)，目前也有很多重量級(jí)游戲廠商正在以其為平臺(tái)研發(fā)3A級(jí)大作，其中包括Bethesda的《輻射4》。

3. 一體機(jī)

一體機(jī)概念的提出，是對(duì)Cardboard與頭顯類產(chǎn)品的綜合。Cardboard本身與手機(jī)的分離使得用戶體驗(yàn)存在了太多的不確定性，頭顯類產(chǎn)品對(duì)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(yàn)的提升[3]，一體機(jī)正是應(yīng)對(duì)于這些用戶的“痛點(diǎn)”而產(chǎn)生的。

目前一體機(jī)方面的國(guó)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(jī)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(tái)，與Cardboard動(dòng)輒500萬的月出貨量相比，差距較大。

表3 國(guó)內(nèi)主要VR一體機(jī)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(jī)的優(yōu)勢(shì)在于使用上更為便捷，但劣勢(shì)也是較為明顯的，在目前行業(yè)初期價(jià)格戰(zhàn)為主導(dǎo)的商業(yè)模式下，成本不斷壓縮的同時(shí)也壓縮了性能提升的空間。另一方面，若以性能為主導(dǎo)則很容易觸及頭顯類產(chǎn)品的價(jià)格區(qū)間，也會(huì)對(duì)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(gè)比較受關(guān)注的顯示類設(shè)備則是以MR(Mix Reality，混合現(xiàn)實(shí)，即同時(shí)兼具虛擬現(xiàn)實(shí)VR與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR的特重)為工作原理。

目前MR眼鏡類顯示硬件產(chǎn)品相對(duì)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(dú)立使用，無需線纜連接、無需同步電腦或智能手機(jī)。2015年1月22日，微軟舉辦Windows 10預(yù)覽版發(fā)布會(huì)時(shí)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(jì)劃》(Project X-Ray，如圖1)、《RoboRaid》、《Fragments》、《Young Conker》等。

圖1 《X射線計(jì)劃》游戲截圖

(三)體感營(yíng)造與數(shù)據(jù)獲取類硬件

體感營(yíng)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(duì)傳感器功能的深度挖掘。

前者主要包括如VR體感槍、震動(dòng)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(duì)具有代表意義的VR太空艙、數(shù)據(jù)手套與腕帶臂環(huán)進(jìn)行簡(jiǎn)單描述。

VR太空艙通常采用六軸或是九軸動(dòng)力傳動(dòng)，運(yùn)用傳感技術(shù)，通過特殊機(jī)械設(shè)計(jì)的液壓底座或氣壓底座，模擬9D場(chǎng)景的視角轉(zhuǎn)變、車輛的顛簸感、甚至人物的行動(dòng)，從而形成第四個(gè)維度。在人物運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，特效同步軟件將預(yù)設(shè)在影片中的場(chǎng)景信息提取出來，以達(dá)到對(duì)影片環(huán)境效果(如風(fēng)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(shí)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(cè)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(cè)試和空間定位測(cè)試的數(shù)據(jù)手套被稱為“真實(shí)手套”，可以為用戶提供一種非常真實(shí)自然的三維交互手段(如圖3)。

MYO腕帶(手勢(shì)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(dòng)動(dòng)手指或手腕部，即可操作科技產(chǎn)品，與之發(fā)生互動(dòng)。手勢(shì)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(cè)用戶的肌肉產(chǎn)生的電活動(dòng)。它通過低功率的藍(lán)牙設(shè)備與其他電子產(chǎn)品進(jìn)行無線連接，不需要借助光學(xué)捕捉即可感知用戶的動(dòng)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(duì)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(jī)會(huì)……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(jià)值，VR游戲相對(duì)傳統(tǒng)游戲在進(jìn)行幻想表現(xiàn)時(shí)，對(duì)空間的營(yíng)造、沉浸感的提供，進(jìn)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(shì)[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(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)的數(shù)碼技術(shù)史，因硬件體系的不夠統(tǒng)一導(dǎo)致的軟件領(lǐng)域發(fā)展受阻案例眾多，以游戲?yàn)槔?008年前的手機(jī)游戲便是一例。手機(jī)游戲伴隨著手機(jī)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(jī)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(jī)游戲亦因之而迅速發(fā)展。但好景不長(zhǎng)，在接下來的2005—2006年，一大批手機(jī)游戲企業(yè)紛紛倒閉。究其原因，主要受制于彼時(shí)手機(jī)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(dāng)前iOS與Android兩大陣營(yíng)主導(dǎo)的相對(duì)統(tǒng)一的模式，這一癥結(jié)導(dǎo)致手機(jī)游戲開發(fā)成本太高，運(yùn)維環(huán)境復(fù)雜，用戶也極易隨著手機(jī)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(dāng)前尚未建立權(quán)威且可操作的VR標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)多種形態(tài)的產(chǎn)品時(shí)，無論是實(shí)際投入還是心理預(yù)期，其開發(fā)成本都是較大的。同時(shí)，因受制于相對(duì)統(tǒng)一平臺(tái)的缺乏，用戶的體驗(yàn)與付費(fèi)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(zhǎng)時(shí)間體驗(yàn)

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(shí)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(zhǎng)期存在[7]。首先是由于對(duì)3D視覺已經(jīng)習(xí)慣的人群仍未覆蓋較寬的年齡層，其次長(zhǎng)時(shí)間(以超出20分鐘作為標(biāo)準(zhǔn))的游戲體驗(yàn)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(duì)于輕量級(jí)的游戲，20分鐘以內(nèi)可以滿足需求，但若是投放3A級(jí)游戲大作，顯然將成為影響體驗(yàn)的一大障礙。

基于上述兩大問題的分析，VR游戲的進(jìn)一步發(fā)展，仍將取決于VR硬件的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一與性能提升。在當(dāng)前階段，我們一方面需要通過對(duì)現(xiàn)有硬件水平的充分挖掘，提升內(nèi)容產(chǎn)品的供應(yīng)量，在科學(xué)有序的過程中積極地創(chuàng)造用戶體驗(yàn)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，培養(yǎng)用戶的體驗(yàn)習(xí)慣，進(jìn)而建立有一定量級(jí)的用戶儲(chǔ)備[8]；另一方面，則需科學(xué)合理地配合當(dāng)前的硬件水平，積極地研發(fā)時(shí)長(zhǎng)較短的游戲產(chǎn)品，以提前在用戶產(chǎn)生眩暈感前，及時(shí)結(jié)束游戲或是以其他形式進(jìn)行替換，為可持續(xù)的游戲體驗(yàn)創(chuàng)造機(jī)會(huì)。

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(yàn)的商業(yè)游戲內(nèi)容，還是融入應(yīng)用體系的嚴(yán)肅游戲領(lǐng)域，都將隨著VR硬件產(chǎn)業(yè)的進(jìn)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，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(guó),曹秋香.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的若干問題及發(fā)展展望[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2006 (5): 324-327.

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

[5]中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)報(bào)告：2015年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)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(yàn)[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(shí)解讀[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，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(xué)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(yán)寶平，南京藝術(shù)學(xué)院傳媒學(xué)院講師。

G114

A

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

2016-10-25；責(zé)任編輯:陳鴻)