严宝平

虚拟现实硬件的发展与游戏应用

严宝平

2015年虚拟现实硬件表现极为活跃，从企业的产品研发到市场的投资热度，都呈现出前所未有的状态。作为虚拟现实内容支撑的最大板块之一，虚拟现实游戏必将成为随后的热门产业。文章从硬件发展角度回顾了2015年的产业环境及代表性产品，以期通过对虚拟现实硬件的分析，引导对虚拟现实游戏发展形态的探究。

虚拟现实；VR游戏；体感游戏；虚拟沉浸

“虚拟现实元年”这一概念的版本有两个，其中相对客观的观点是：2015年为“虚拟现实硬件元年”，2016年则为“虚拟现实内容元年”。由此不难看出，近两年虚拟现实这一概念热度的不断提升，其所引发的产业热度及产值规模也正在被不断放大。

一、基本概念与产业环境

虚拟现实(Virtual Reality，以下简称VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成的模拟环境，通过多源信息融合，提供交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真，从而使得用户在感知上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。VR概念并不新鲜，其成型技术与产品起源的时间与数字游戏相当，最早始于20世纪60年代。这点巧合也在一定程度预示着两者在后续的发展中将碰撞出更大的火花。在此之前，小说家Stanley G.Weinbaum在1935出版了首部描述VR眼镜的小说，之后包含VR内容的科幻文学作品不断涌现。自20世纪50年代开始，随着影视工业的不断推进，VR内容也开始不断出现在影视作品中。

在过去的近半个世纪，VR经历了几次具有里程碑意义的发展：1982年雅达利公司研发了有关虚拟现实的街机项目；1984年著名计算机科学家Jaron Lanier首次提出VR概念并创立公司，进而推出第一款面向市场的VR眼镜“EyePhone”；1990年代中期，雅达利、索尼、飞利浦等公司均发布了相应的头戴设备。但“EyePhone”这一产品10万美元的售价阻断了其普及的道路，其他几家公司的产品也同样存在成本偏高且用户习惯尚未建立的问题。

近年来，随着技术的不断升级与成本的不断下降，软硬件生态环境日趋成熟，至2015年，VR进入了新一轮的快车道。不少厂商重燃了对VR的兴趣，竞相发布各类产品或公布即将推出的相应产品。这一活跃氛围也带动着国内中小厂商的同时跟进，进而形成了近于火热的VR产业现状。

二、主要虚拟现实游戏硬件及其特征

本章主要分析2015年出现的可用于游戏体验的VR产品，限于篇幅，不对各类产品的具体性能作更多分析。总体上，此类产品主要包括以显示为主领域的头盔类显示硬件、眼镜类显示硬件以及体感营造与数据获取类硬件。

(一)头盔类显示硬件

当前头盔类显示硬件，主要源自谷歌和Oculus两家公司的创意。2014年5月谷歌发布了由再生纸板盒折成的一款廉价3D眼镜；同年9月Oculus研制推出了头显类产品Crescent Bay；国内的研发者们在两者基础上，创新性地提出了VR一体机的概念；故目前市场上头盔类显示硬件存在三种产品形态。

1. Cardboard

谷歌提出的廉价3D眼镜“Cardboard”，这一词语在后续的发展过程中从一个产品名演变成了一类产品的代指。其原理为：将手机放置其中，头盔添加了两片光学镜片，采用左右两屏显示模仿人眼左右取景效果，叠加后形成仿真3D的体验；同时，由手机自带的陀螺仪等相应传感器获得用户体感数据，同步作用于显示内容，以达到仿真体验的效果。谷歌于2015年5月发布了Cardboard第二代版本。其兼容的手机种类更多，整体细节与尺寸均有所优化。

这一创意激活了国内相关企业的参与热情。谷歌的用意是以最简洁的形式让消费者来感知VR的基础概念，以深圳为中心的创业者们在Cardboard的基础上做了微创新，加入了光学焦距和瞳距的可调节功能，用塑胶外壳代替了Cardboard的纸质外壳，提升了产品的耐用性、舒适度及工业设计审美[1]。

目前Cardboard类VR头盔的出货量是所有VR硬件类产品中最大的。据主要从事光学镜片生产的深圳锐图统计，国内市场每月至少有500万套手机VR头盔的出货量。这一数据主要得益于此类产品的廉价与实用，同时手机厂商的追捧也是其成功的关键性因素之一。目前不少手机厂商随手机出厂附送或是以低价套餐方式促销Cardboard类VR头盔。

据不完全统计，以暴风魔镜为首的Cardboard类产品在2015年出现不下30个品牌。这些产品除基本外观有所不同外，其性能也各有差别，典型差别如下：

表1 国内主要Cardboard类产品的差异1)

1)数据来源于各厂商官方网站。

2. 头显类

CardBoard的优势在于廉价与应用方便，放入手机即可以体验。但手机作为移动设备，自身性能也仍待优化提升，故Cardboard在显示效果与执行性能上受到先天制约。

表2 2016年头显类VR产品出货量预计1)

平台预计出货量HTCVIVE70万台OculusCV1230万台SONYPSVR900万台

1)资料来源于2016 TechCrunch国际峰会。

相比之下，头显类产品则有着较大的优势。头显类产品一般又被称为PCVR，其生产厂商主要以HTC vive、Oculus cv1、Sony Project Morpheus(后更名为PSVR)为典型代表，这些生产厂商同时也是VR行业中迄今为止最具技术实力与生产工艺的厂商，其生产的头显类产品技术含量较高，体验度较好[2]。

以HTC vive为代表的是面向重度大型游戏和对图形引擎要求非常高的相关行业应用，其主体部分售价已经相对较高，再加上一台相对性能要求较高的PC主机，成本则明显更高。但其目前代表了VR行业大多数的顶尖技术，这也一定程度上阻碍了此类产品在销售上达到与Cardboard一样或是相近的量级。

头显类由于直连电脑，不受移动设备在性能上的约束，可以充分发挥电脑作为游戏主机的运行效率，故其游戏体验明显优于Cardboard类产品。以HTC vive为例，截止2016年5月已有240余款VR游戏可以通过其进行体验，目前也有很多重量级游戏厂商正在以其为平台研发3A级大作，其中包括Bethesda的《辐射4》。

3. 一体机

一体机概念的提出，是对Cardboard与头显类产品的综合。Cardboard本身与手机的分离使得用户体验存在了太多的不确定性，头显类产品对PC的依赖以及连线的束缚也在一定程度上影响了用户体验的提升[3]，一体机正是应对于这些用户的“痛点”而产生的。

目前一体机方面的国内品牌主要有睿悦伏翼、大朋、千幻魔镜等，但与Cardboard相比，其销售量则较为有限。以热度比较高的大朋VR一体机为例，根据其官方公布的数据，截止2016年5月，其线上订单为2万台，与Cardboard动辄500万的月出货量相比，差距较大。

表3 国内主要VR一体机类产品的游戏方面的关注1)

1)数据来源于各厂商官方网站。

一体机的优势在于使用上更为便捷，但劣势也是较为明显的，在目前行业初期价格战为主导的商业模式下，成本不断压缩的同时也压缩了性能提升的空间。另一方面，若以性能为主导则很容易触及头显类产品的价格区间，也会对产品的生存空间产生不利影响。

(二)眼镜类显示硬件

上述的头盔类显示系以VR为工作原理的设备，而另一个比较受关注的显示类设备则是以MR(Mix Reality，混合现实，即同时兼具虚拟现实VR与增强现实AR的特重)为工作原理。

目前MR眼镜类显示硬件产品相对单一，基本被微软Hololens全息眼镜所垄断。该设备是微软推出的一款头戴式MR装置，可以完全独立使用，无需线缆连接、无需同步电脑或智能手机。2015年1月22日，微软举办Windows 10预览版发布会时推出了此款产品。

目前基于Hololens的游戏也处于刚起步阶段，主要有其官方提供的《X射线计划》(Project X-Ray，如图1)、《RoboRaid》、《Fragments》、《Young Conker》等。

图1 《X射线计划》游戏截图

(三)体感营造与数据获取类硬件

体感营造类硬件一方面源自传统的游戏操控类设备在VR领域的性能改造，另一方面则源自对传感器功能的深度挖掘。

前者主要包括如VR体感枪、震动手柄以及VR太空舱等，后者主要包括如数据手套、腕带手环(臂环)、脑电波意念控制器等。限于篇幅，以下仅对具有代表意义的VR太空舱、数据手套与腕带臂环进行简单描述。

VR太空舱通常采用六轴或是九轴动力传动，运用传感技术，通过特殊机械设计的液压底座或气压底座，模拟9D场景的视角转变、车辆的颠簸感、甚至人物的行动，从而形成第四个维度。在人物运动的同时，特效同步软件将预设在影片中的场景信息提取出来，以达到对影片环境效果(如风雪、气味等)的模拟(如图2)。

数据手套的出现，为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段，目前的产品已经能够检测手指的弯曲，并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为“真实手套”，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段(如图3)。

MYO腕带(手势控制臂环)是加拿大创业公司Thalmic Labs推出的创新性臂环，佩戴它的任何人只需动动手指或手腕部，即可操作科技产品，与之发生互动。手势控制臂环可以佩戴在任何一条胳膊的肘关节上方，探测用户的肌肉产生的电活动。它通过低功率的蓝牙设备与其他电子产品进行无线连接，不需要借助光学捕捉即可感知用户的动作。

图2 VR太空舱

图3 数据手套

三、VR游戏受硬件的制约及其发展展望

根据马歇尔·麦克卢汉对游戏的描述：“游戏是人类心灵的戏剧模式，给各种具体的紧张情绪提供发泄的机会……它是亲密而安全的，使我们能够分享自己内心最深层的幻想”[4]。据此界定了游戏存在的核心价值，VR游戏相对传统游戏在进行幻想表现时，对空间的营造、沉浸感的提供，进而以最快的速度创建玩家的心流状态具有更大的优势[5]。但值得注意的是，VR游戏的发展仍受制于硬件的诸多问题，具体分析如下：

(一)硬件标准的不够统一

软件体系的形成，取决于硬件体系的完善。回顾不长的数码技术史，因硬件体系的不够统一导致的软件领域发展受阻案例众多，以游戏为例，2008年前的手机游戏便是一例。手机游戏伴随着手机的产生与广泛使用，经历了从无到有的萌芽阶段。2004年起，以塞班为首的智能手机日渐普及，出现了主打游戏功能的Nokia N-Gage一类的特别品类，手机游戏亦因之而迅速发展。但好景不长，在接下来的2005—2006年，一大批手机游戏企业纷纷倒闭。究其原因，主要受制于彼时手机的硬件不统一。市面上无论是操作系统还是屏幕尺寸，都未见如当前iOS与Android两大阵营主导的相对统一的模式，这一症结导致手机游戏开发成本太高，运维环境复杂，用户也极易随着手机的更换而流失。

如今这一问题，仍可以在VR硬件中找到映射。当前尚未建立权威且可操作的VR标准，各厂商间的产品形态差异性还很大，这使得内容开发者面对多种形态的产品时，无论是实际投入还是心理预期，其开发成本都是较大的。同时，因受制于相对统一平台的缺乏，用户的体验与付费形式也仍未建立，这也成为制约VR游戏发展的一大要素[6]。

(二)VR眩晕阻止了其长时间体验

虽然通过将画面显示分辨率提升到2K，刷新频率提升到60Hz以上，延迟时间降低到8ms以下，一定程度上已经大大地降低了眩晕感，但这一问题仍将长期存在[7]。首先是由于对3D视觉已经习惯的人群仍未覆盖较宽的年龄层，其次长时间(以超出20分钟作为标准)的游戏体验仍无法回避眩晕感的产生。这一问题也成了制约VR游戏深度发展的关键因素。对于轻量级的游戏，20分钟以内可以满足需求，但若是投放3A级游戏大作，显然将成为影响体验的一大障碍。

基于上述两大问题的分析，VR游戏的进一步发展，仍将取决于VR硬件的标准统一与性能提升。在当前阶段，我们一方面需要通过对现有硬件水平的充分挖掘，提升内容产品的供应量，在科学有序的过程中积极地创造用户体验的产业环境，培养用户的体验习惯，进而建立有一定量级的用户储备[8]；另一方面，则需科学合理地配合当前的硬件水平，积极地研发时长较短的游戏产品，以提前在用户产生眩晕感前，及时结束游戏或是以其他形式进行替换，为可持续的游戏体验创造机会。

总体而言，VR游戏的前景是非常乐观的，无论是主打游戏体验的商业游戏内容，还是融入应用体系的严肃游戏领域，都将随着VR硬件产业的进一步提升完善而得到充分发展。

[1]高源，刘越，程德文，等.头盔显示器发展综述[J].计算机辅助设计与图形学学报，2016 (6): 896-904.

[2]温才健,曹克亮.VR技术三年内在游戏领域的发展前景分析[J].新丝路, 2016(9)：54.

[3]刘向铜,熊助国,曹秋香.虚拟现实技术的若干问题及发展展望[J].水利科技与经济,2006 (5): 324-327.

[4]张兰兰.探索中国的VR游戏玩法[N].中国信息化周报,2016-4-11(13).

[5]中国虚拟现实行业报告：2015年市场规模达15.4亿元[EB/OL].(2016-01-11)[2016-11-05].http://games.qq.com/a/20160111/024273.htm.

[6]李怀骥.主体的终结：VR艺术的游戏性体验[J].东方艺术,2010(21): 108-113.

[7]周文杰，王贺.麦克卢汉游戏思想的现实解读[J].科技创新导报，2010(14):247.

[8]黄鸣奋.新媒体与西方数码艺术理论[M].上海：学林出版社，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

严宝平，南京艺术学院传媒学院讲师。

G114

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

2016-10-25；责任编辑:陈鸿)