1. VR沉浸与交互原理

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VR技术原理解析,【VR原理入门理论】,学习和研究VR技术必须了解的理论知识。

 

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1、VR沉浸与交互原理:

过去,我们通过平面显示器观看虚拟创建的内容。 其中,你会看到很多10年前的虚拟现实设备。 它们基本上是平面显示器,或者生成的图像被投影到弧形甚至球形屏幕上; 或者在这些屏幕上叠加左眼和右眼的单独图像以产生更加立体的效果。

此类设备通常较大且昂贵。

近年来开发的VR头戴式显示器取得了更好的使用效果:更好的沉浸感和更便宜的价格。 目前,一副主流的VR眼镜售价不到1万元。

这种能够实现更好沉浸感的VR眼镜背后的原理是什么?

VR眼镜/

VR眼镜原理

我们看到VR眼镜主要通过三个方面来达到沉浸感的目的:

VR眼镜原理/

VR眼镜原理-VR技术

1)利用凸透镜来扩大人眼看到的实时图像范围,目前的VR眼镜可能会产生90-120度范围内的图像视场。 这个视场大概类似于好的三通道环幕投影系统的效果,但是VR眼镜应该更接近人眼,人眼受到干扰的可能性大大降低。

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VR眼镜原理

2)通过头部的陀螺仪,当人转动头部时,陀螺仪可以及时通知图像生成引擎并及时更新图片,使人感觉自己正在看周围的虚拟空间,从而产生360度的三维空间。

VR眼镜原理/

VR眼镜原理

3)左眼和右眼在每一时刻看到的图像是不同的。 他们是两个不同的头像,左右眼的位置不同,从而营造出强烈的三维深度感。

以上三个原因就是VR眼镜的沉浸式特性。

VR技术/

虚拟现实技术

2. 沉浸和交互的定义

我认为这两个术语的定义可以大致解释如下:

1)所谓沉浸

将用户置于一个四维的虚拟世界中,用户的各种感觉器官特别是视觉器官对虚拟世界产生自适应的正反馈。

就目前的VR眼镜而言,沉浸感主要通过两个方面来实现:

首先,通过放大显示技术,可以将放大的局部虚拟时间场景显示在用户眼前。 目前的显示视场角约为90-110度。 在这个显示范围内,实时主要通过三维引擎技术来生成。 立体图像。 二是配合头部姿态传感器采集的数据,让3D引擎响应头部旋转方向(以及当前头部位置的变化),以非常高的频率实时改变显示的3D头像。 角度与3D引擎模拟的3D图像一模一样,让用户感觉仿佛通过一个大窗户观察虚拟的3D世界。

2)所谓交互

用户可以通过动作、手势、语言等自然的人类方式与虚拟世界进行有效的交流。

一般来说,当用户的手部动作、双脚行走在虚拟世界中产生用户能够理解的变化时,用户认为虚拟世界已经给了用户反馈。 那么用户的动作和虚拟世界给用户的反馈结合在一起,它们就形成了一种交互

那么话题就来了。 要实现目前VR眼镜的沉浸式交互效果,需要一套完整的软件和内容。

3、如何生成符合VR需求的虚拟世界

生成三维虚拟世界。 自从三维游戏诞生以来,就不缺少工具。 基本上可以认为,任何具有三维构建和渲染能力的图形引擎都可以生成三维虚拟图像世界。 许多引擎都有完整的游戏引擎。 功能不仅限于图像,还可以产生声音、模拟物理现象等功能。 目前世界上存在的这些发动机包括但不限于:

1)全球最著名的十大引擎,包括各大游戏公司生产的引擎:

Dead引擎、Avalanche引擎、美国EA重制的Mt Framework引擎、鬼泣游戏吧? 这是Anvil引擎、UBsoft的引擎、EGO引擎、Frost引擎、CryEngineIW引擎、Naughty Dog引擎、Unreal引擎

2)还有一堆开源渲染引擎。 有兴趣的同学可以下载试试:

OGRE、Irrlicht、Panda3D、Crystal Space、jME、Blender 游戏引擎、Reality Factory、The Nebula Device 2、RealmForge、OpenSceneGraph

什么是发动机:

这些引擎是基于计算机操作系统API和显卡驱动程序接口构建的。 目的是为了方便上层应用开发者快速生产内容。 其实在引擎和操作系统之间,一般还有一层中间件,一个基本的图形接口:

在 Windows PC 和移动操作系统上,directx 基础映像 api

在工业领域,在Linux、Apple PC和IPhone上,在Android操作系统上,是一系列OpenGL基本图形接口(移动端是opengl es,是opengl的简化版本)

几乎所有引擎都是基于上述之一或两者构建的。

4.最主流的VR开发引擎

由于难度、功能完善、开发成本等原因,上述引擎经历了漫长的兴衰过程。 目前,最流行、最适合开发 VR 内容的三种引擎是:

统一

虚幻引擎

哭泣引擎

在手游爆发的时代,它迅速崛起成为游戏数量最多、进程最多的引擎。

,其主要特点是:

不开源

易于上手

多平台开发简单

目前虚幻的第四代版本比之前的版本好多了,而且仍然是No.! 在发动机中。

其特点可简单概括如下:

开源

软件系统完整,不需要额外的插件。

视觉表现和功能极其强大

上手困难

最强大的海岛引擎,它的代表作被大多数人认为在效果上比Unreal还要强。 其特点可概括如下:

开源

强大的编辑器

上手困难

三多:插件多、资源多、文档多

很多文档

文档不多

上述三个引擎对VR的支持程度如何?

以上三大引擎都不同程度地内置了对VR的支持;

统一

虚幻引擎

哭泣引擎

内置SteamVR插件

内置OSVR插件

内置SteamVR插件

内置OSVR插件

内置OSVR插件

借助上述引擎提供的对SteamVR和OSVR插件的原生支持,开发者无需担心跟上VR眼镜和设备本身的功能API的开发和变化。 他们可以使用插件来创建与不同设备兼容的虚拟现实体验。

teamVR 插件是什么?

SteamVR是Value Company旗下的VR游戏平台。 其开源SDK是OpenVR。 OpenVR SDK 是在原始 SteamWorks SDK 的基础上进行更新的。 它包括对几种主要 VR 设备的支持和封装,使开发人员不必面对特定的问题。 设备接口,只需要面对OpenVR SDK的统一接口即可。 该 SDK 包括对 HTC VIVE 和 Oculus Rift 开发者版本的支持,以及对 Steam VR 控制器和定位设备的支持。 相关API是用C++实现的,有C++经验的开发者可以直接学习。

OSVR插件是什么?

Razer 与其合作伙伴共同创建了一个虚拟现实开放平台:OSVR 开源虚拟现实。 OSVR 旨在​​支持软件插件(Unity 3D、Unreal Engine 4 和 HeroEngine)、输入硬件(Sixsense、Leap Motion 等)和其他虚拟现实设备,包括 Oculus Rift DK2 和 Vrvana Totem。

有了上述主流引擎和专用VR插件,就可以开始学习VR开发了。

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