虚拟现实技术在多终端数字化展示中的应用探析

赵影

关键词：虚拟现实；多终端；数字化展示

中图分类号：TP391 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）10-0114-03

1 虚拟现实介绍

近年来随着计算机技术、人机交互技术和设备以及计算机网络与通信工程等科学领域的突破与发展，虚拟现实技术也得到了迅速的发展与应用。虚拟现实（Virtual Reality简称VR），是指虚拟和现实相互结合，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的虚拟环境，用户借助虚拟现实装备与虚拟场景中的对象进行交互作用，并且产生身临其境的感受和体验。虚拟现实技术的实质是，构建一种人为的能与之进行自由交互的环境，在这个环境中参与者可以实时地观察和操作环境的对象[1]。

虚拟现实具有三大特点，即3I 特性，构想性（Imagination）、沉浸感（Immersion）、交互性（Interac?tion）[2]。

1）构想性（Imagination）：体验者置身在三维虚拟环境中，在虚拟环境中可以有更多的想象空间。体验者在体验的虚拟的环境中，能够体验真实世界中无法体验的场景，可以有更多的想象空间，进而获得构想与灵感。例如，在陆地上通过虚拟现实技术，构造出三维虚拟的海底世界场景，体验者置身在虚拟现实环境中，能够体验到海底世界场景，产生更多的想象空间。

2）沉浸感（Immersion）：体验者在虚拟环境中能够体验的真实程度。体验者通过佩戴虚拟现实装备，如头盔显示器、数据手套等，进入一个虚拟的环境里，在虚拟的环境中，体验者能够在空间环境中进行交互，并且会得到和真实世界中一样的反馈，让体验者像是在真实世界中一样的沉浸感。例如，通过虚拟现实进行精密仪器的拆解，体验者进入佩戴上头盔显示器和数据手套后，能够一个步骤接一个步骤地进行仪器的拆解，就像在真实世界操作一样，具有很强的沉浸感。

3）交互性（Interaction）：体验者通过使用虚拟现实装备，虚拟环境对体验者的肢体动作会做出反馈，体验者可以实现与虚拟环境中的物体进行主动的交互操作。例如，体验者在虚拟现实环境进行模拟驾驶，就像在和在真实世界的驾驶操作一样，每一个步骤都得到了反馈。

虚拟现实技术是继数字媒体技术、网络通信技术之后又一门崭新的技术，虚拟现实技术为体验者营造了构想性、沉浸性和交互性的体验环境，在为体验者创建仿真的体验情景方面有着不可替代的积极作用。

2 多终端展示介绍

本文研究的多终端包括了移动端、虚拟现实装备端和智能可视化中心端。

2.1 移动端展示

移动端主要包括iOS手机端、Android手机端、iOS平板端、Android平板端等。移动端展示是指结合手机、平板等移动端深度应用虚拟现实技术进行展示。当前虚拟现实技术在移动端的应用，作为数字化展示的一个手段，配上一些语音解说，用户体验多用于点击浏览，在线上环境应用比较多，在线下环境中应用不多。

随着移动终端技术与设备的普及和发展，虚拟现实技术与其相结合，实现移动端的数字化展示，在移动端进入虚拟现实场景后，可对三维场景进行整体总览，能够实现固定视角与自由视角的无缝切换，方便浏览。移动端浏览也能够实现可以放大或缩小画面，可以进行360°的自由旋转，同时，在自由模式下还可以实现画面的平移，方便浏览。在数字化展示中，移动端的使用主要优点一是使用方便并且灵活，移动设备便于携带并且不受网线等使用条件的约束，二是相对虚拟现实装备的使用成本较低。

2.2 虚拟现实装备展示

虚拟现实装备指的是虚拟现实硬件设备，主要包括感知设备、交互设备、定位跟踪设备和虚拟世界生成设备。目前常用的虚拟现实装备主要有计算设备、显示设备、追踪设备、交互设备等。虚拟现实装备展示指利用虚拟现实装备展示信息，包括图表、图片、视频等。目前虚拟现实技术在虚拟现实装备的展示，包含了三维建模、数字媒体、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪定位、多场景融合等技术。通过虚拟现实装备，可以解放体验者的双手，便捷完成指令接收、数据分析展示、视频拍摄、图片采集等工作[3]。

虚拟现实技术可以从双360度球型即720度范围内的所有展示内容，通过虚拟现实技术模拟出的虚拟环境真实并且生动，佩戴虚拟现实装备后，即可自由地穿梭在设定的体验空间里，自主地和虚拟场景中的事物进行交互，无论从视觉、听觉还是触觉都能够获得全新的体验。在数字化展示中，加入虚拟现实装备，一方面可以提高体验者的互动性，另外一方面可以创造很强的视觉体验，让数字化展示更具有趣味性和实用性。

2.3 智能可视化指挥中心展示

智能可视化指挥中心是集成先进的大数据分析模型、多样化交互展示前端，智能可视化指挥中心展示是为适应目前信息化、智能化发展趋势，归集各类业务系统数据，应用数据图表工具对经營、生产、工程指标等各类指标数据进行分析研判，全面动态展现企事业单位的业务态势，为管理者提供数据决策支持、经营分析，实现“运筹帷幄之中，决胜千里之外”。

智能可视化指挥中心展示包括多维数据融合、多样化图表呈现、界面交互、综合态势监测和综合查询统计模块等。

1）多维数据融合：支持集成包括地理信息数据、GPS数据、统计数据、建筑模型数据等多类型数据。

2）多样化图表呈现：包括平面图和基于地理空间系统的三维空间图表，常见的有折线图、柱状图、饼图、面积图、仪表盘、散点图、K线图、热力图、关系图、雷达图、桑基图等。

3）界面交互：支持二三维地理信息系统联动、交互功能组件，触控交互操作、专业标绘功能，提供自定义布局服务，提供多样化的二次开发接口，以适应不同业务需求和应用场景。

4）综合态势监测：综合实时呈现全区域范围的情况和预警信息，利用数据可以详细跟踪每一项信息的具体状况。

5）综合查询统计：支持全文检索、关键字检索和分类检索，分类查询并统计分析。

3 数字化展示介绍

数字化展示的起源可以追溯到20世纪90年代初期，它主要被应用于房地产行业的建筑设计展示。到了90年代末期，通过三维动画的运用使得展示效果更加精彩，展示的内容也更加丰富，并且应用的领域也得到了拓展，这才真正开始形成了数字化展示的雏形。进入21世纪后，随着硬件设备的发展迭代和更新，可交互硬件设备的应用将数字化展示推向了一个新的发展阶段，人机交互的方式革命性地打破信息单向传播的模式，实现了虚拟与现实的结合，拉近了人们与信息化的距离。特别是触摸屏技术的发展并且被大规模应用，直接激发了数字化互动展示的热潮。随着数字展示的广泛应用，数字展示的概念才逐渐清晰起来，独立的行业形态也开始被人们认可。随着人们的生活与消费水平日益提高，人们对精神文化与用户体验的需求也提出了更高的要求。数字化展示已不再局限视频和门户网站等手段，结合多终端设备来满足用户不同场景需求，精准定位用户的使用场景，让用户直观地并且便捷地提取用所需信息，成为数字化展示发展的趋势。

数字化展示的形式包括硬件设备和软件系统，硬件设备主要包括手机、平板、电脑主机、投影机、显示大屏幕、液晶拼接器、灯光、音响、虚拟现实头盔、虚拟现实手柄等。软件系统包括内容影片、交互系统等。本文所研究的多终端设备主要指硬件显示设备。

4 虚拟现实技术在多终端数字化展示中的应用

虚拟现实技术在多终端数字化展示中的应用，在设计时应该遵循先进性、经济性、友好性、适应性、实用性和安全性等原则。在先进性方面，系统的设计应该在满足数字化展示内容的需求的基础上，采用符合信息技术发展趋势的技术，要求易升级、易操作、易维护。在经济性方面，要考虑到利用数字化展示环境的现有网络资源，减少新增设备投资。在友好性方面，操作界面要充分考虑到多媒体设备和用户的情况，对容易出现错误操作的环节进行标记或者提醒。在适应性方面，系统设计在充分考虑当前情况的同时，会考虑到今后较长时期内满足数据及功能扩展的需求，留有充分的升级和扩充的可能性。后期可根据技术发展的实际应用需求，进行升级及二次开发。在实用性方面，系统的设计需要充分考虑用户的需求和操作者的操作习惯等。在安全性方面，系统在兼顾响应、交互、内容的同时会在长期运行稳定性、可靠性及安全性方面着重考虑，需要考虑到备份策略和恢复策略和故障处理等来保障系统的稳定和安全。

随着虚拟现实行业的不断发展，虚拟现实技术陆续被应用于教育科研、工业、医疗等方面，虚拟现实技术的应用也得到了充分的发展。同时各个行业的数字化展示内容也应运而生，诸如智慧工厂、智慧教育、智慧指挥、智慧医疗等。虚拟现实技术利用3Ds max、Maya、Unity3D、MySQL等软件和技术，在多终端数字化展示中的应用，可以实现多终端同时登录、多终端操作共享與同步、多终端同时运行等，虚拟现实技术在多终端数字化展示中的应用，最重要的是数据的互通，必须要打通、连接、融合，要在数字信息上进行融合，整合为一个控制平台。在此基础上，可以实现多维度展示。多维度展示的特点有三方面：全方位、真实场景、适用性。全方位：全面地展示了双360度球型即720度范围内的所有展示内容；可在体验场景中观看体验场景的各个方向和各个角度，体验者犹如身在其中；真实场景：三维全景体验场景大部分是在照片基础之上拼合得到的图像，最大限度地保留了体验场景的真实性；适用性终端设备均能作为播放终端，通过网络链接及案例下载，用户可以随时随地查看，普及性及行业适用性强[4]。

虚拟现实技术在多终端数字化展示中的应用，通过三维虚拟互动技术结合虚拟现实技术将真实展示场景进行实景等比例三维建模还原，并通过粒子效果、动画系统、着色器等先进技术对现实场景进行真实还原，体验者可以通过虚拟现实眼镜等虚拟现实装备沉浸在如风雨交加、电闪雷鸣等场景中，通过声音和视觉的效果真实体验到真实场景；体验者还可以通过虚拟现实手柄真正与虚拟场景互动，展示与体验不再局限于真实的场地，而是通过虚拟仿真系统进行引导及展示，让每位体验者都能亲自体验虚拟环境中的实景[5]。

1）在工业的应用

复杂的工业设备和工业车间，难以用平面图和原理图等展示，通过虚拟现实技术，在移动端将企业工业设备和工业车间虚拟化，可进行企业产品与工艺流程的展示；在虚拟现实设备端，主要用于企业虚拟工厂的漫游，满足大型厂房车间不方便实地参观的需求；在智能可视化指挥中心端，实现决策人员的调度与管理。

2）在教育科研的应用

在体验式教育科研过程中，会有很多有危险性的操作，比如大型复杂机械装备，用虚拟现实的方式进行操作则可以避免操作中的安全风险。在移动端通过虚拟现实技术，可以进行大型复杂机械装备原理和内部结构的展示；在虚拟现实设备端，可用于复杂机械装备模拟操作或者培训；在智能可视化指挥中心端，实现对操作人员的业务考核与管理。

5 虚拟现实技术在多终端数字化展示中的应用的意义

一是实现数字化展示的互动性与趣味性。传统的图文与视频展览展示已经无法满足当代用户的参观需求，尤其是在网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术的快速发展下，数字化展示已经成为大势所趋，加之各种终端设备的普及与发展。虚拟现实技术可以进行人机交互，获得实体展馆所没有的虚拟交互体验。

虚拟现实技术可有效展示与体验3D物品与3D空间，满足新技术发展形势下体验者对体验的沉浸感和交互感，为体验者提供仿真的模拟环境，使体验者能够在任何时间和地点体验数字化展示的相关内容。

二是实现数字化展示的实用性。目前传统的展示通常采用文字材料、图片展示、录像资料等静态抽象方式进行，缺少体验者的参与、反馈以及与实际工作环境的密切联系，互动性不强、体验者在参与过程中感到枯燥单调，基于虚拟现实的多终端数字化展示根据展示环境（例如变换风力、雨、雾等天气或相关技术参数），多终端能够根据体验场景的实际情况，非常灵活地模拟真实场景。