VR真實感：如何構建一個真實的VR場景

衡量VR系統的關鍵指標除了良好的沉浸感和人性化的人機交互，還有以假亂真的真實感。VR系統的真實感首先是視覺上的真實感。很多小夥伴應該很好奇VR系統是如何製作出來的，如果把VR系統比喻成話劇，那麼在演出以前需要做的就是搭建舞台，為了能夠搭建出一個好舞台，無數的技術和數據工程師下足了功夫，這一節平叔就介紹一下VR場景的構建。

第一類，最廣泛的構建方式–通用建模軟體構建

這裡不得不提一款偉大的產品3DS Max，目前我們看到的應用場景大多都是用這款軟體構建的場景。3DS Max是Autodesk子公司開發的（Auto CAD也是Autodesk開發的），這公司基本把通用2D和3D設計工具壟斷了。3DS Max是款功能強大、操作簡單（相對於其他很多設計軟體）、數據格式兼容性強、效果精美的三維設計工具，在全世界擁有眾多使用者，目前已經更新了19個主版本，可謂是成就赫赫。

這款軟體也有致命的缺點，作為通用建模軟體，對於一些規則性很強的行業建模效率就太低了。另外一個弱點是對建模工程師要求很高，尤其是對實時渲染的VR場景來說，要求更高。在建模行業也有很多神一樣的大牛，這些大牛的薪水甚至比程序員還高，這些大牛構建出來的場景即精美又數據量小。模型的面數越多越真實，為了更加真實很多美工做的模型動輒幾萬個面，這就是為什麼裝修效果圖一張需要花幾個小時渲染，原因就是三角面太多，數據量太大。這樣的模型數據在實時渲染的VR系統中是無法使用的，所以VR系統的場景構建有一套嚴格的數據生產流程，這套流程的終極目標就是追求數據量和效果間最完美的平衡點。平叔的團隊關於這方面專門制定了非常詳細的《數據採集規範》和《模型製作規範》。

第二類，最有針對性構建方式–專業軟體工具構建

這類軟體都是針對某一項業務進行專業建模，比如針對建築行業的三維建模軟體：草圖大師、PKPM等；針對工業領域的：PDMS，SP3D，AutoPLANT Piping等；針對家裝行業的：酷家樂、指揮家、打扮家等；針對影視行業的：Maya、Poser（動物和人體建模）等。還有很多公司自己開發場景構建工具滿足特殊場景構建，比如很多遊戲公司都會開發地圖編輯器。

這些軟體工具都是深耕某一行業，在設計工具中往往帶有具體的業務演算法和屬性信息，針對於該領域構建場景的效率比通用建模工具要高效得多。這類工具的使用者一般都是行業的設計師，構建的模型是為具體的業務服務，所以數據格式不開放，其他使用者無法復用。這裡舉一個簡單的例子，也是平叔曾經努力希望解決的一個痛點，目前的建築行業三維設計已經很普遍了，也就是說只要設計院將他們的三維設計數據交給施工方、業主、物業公司、裝修公司、中介公司等，這些公司其實沒必要再繪製平面布局圖、戶型圖，可以直接用，但是由於設計軟體的格式不開放，導致後續的這些公司全部都得重新電子化一遍，這麼做顯然是重複勞動沒有意義。

第三類，最精確構建方式–三維激光掃描

三維激光掃描技術發展二十多年了，目前已經發展到第三代產品，技術和解決方案都非常成熟。從杯子大小的物件到整個城市都有成熟的解決方案，掃描設備被架設到飛機、汽車、火車、自行車上，現在手持設備也很普遍。三維激光掃描建模技術具有速度快、精度高、成本低、不接觸等眾多優點，但是也有一個致命的弱點，數據量特別巨大。三維激光掃描出來的數據叫做點雲數據，目前第三代掃描設備可以達到0.1mm的精度級別，也就是說一平方米的面積掃描出來的點10000*10000=1億個，如果掃描一棟大樓這個數據量就可想而知有多大了，點雲數據通常都是以T為單位的，這樣的數據量很難在VR系統中運行起來，所以一般的三維掃描儀廠商除了設備以為，還會有點雲數據處理軟體，這類軟體主要功能就是通過圖像演算法降低點雲數據的數據量，還有一些智能識別功能，將常見的電纜、管道等對象識別成一個整體對象，一般來說這類的軟體識別過程都需要人工輔助干預才能夠形成可以使用的場景數據。對大場景的掃描建模還有一個缺點就是對操作人員要求比較高，一般都需要和全站儀之類的測繪設備配合使用。

第四類，最真實場景構建方式–全景拍攝

全景拍攝是目前虛擬場景構建成本最低的方式，也是VR視頻拍攝方式，尤其在AV行業目前進展神速，很多人說VR能不能快速普及就看這類應用成長的速度了。全景拍攝會在VR旅遊、VR影視、VR直播率先爆發，這塊的技術門檻比其他場景構建方式都低，設備成本也不高，相信很快就會有這類公司受到資本青睞率先走向大眾。目前這塊的發展非常迅猛，也很亂，拍攝沒有標準格式、製作也沒有很強大的編輯軟體、播放軟體還處於摸索階段，創業的小夥伴可以多多關注。目前的全景視頻還不能算VR視頻，真正的VR視頻有一條非常重要的原則就是可以移動位置進行觀看，這樣的鏡頭叫做時間靜止，《黑客帝國》就有一段這樣的鏡頭。

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大家可以想像一下在看小電影的時候可以趴著看、側著看、躺著看…，這該是一件多麼爽的事情啊！全景視頻有一個發展制約因素，就是數據量特別大，這對網路傳輸和機器性能提出了很高的要求。視頻通常沒有交互只能觀賞，現在有一些公司在VR視頻中增加互動環節，將虛擬對象和全景視頻進行結合，比如，在以原始森林為背景的全景視頻中加入三維的動物，動物的行為可以進行交互，這樣的技術會率先在主題公園類的場景得到應用。

第五類，最高效場景構建方式–拍攝建模

這是目前最火的建模方式。最近京東搞了一個「天工計劃」，這個計劃的目的是如何解決商品快速建模，VR購物是以後的大趨勢，想要實現VR購物首先要解決海量商品的快速建模。去年淘寶發了一個VR購物的宣傳片，當時說16年7月系統上線，平叔第一反應是馬雲太牛了，淘寶的技術秒殺亞馬遜啊，前幾年還是科幻構想的購物場景居然被馬雲悄悄搞成了！後來仔細一思考這不可能啊，目前的技術根本達不到啊，後來我們果然被馬雲涮了。

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京東的「天工計劃」是真正落實VR購物的動作，獲獎廠商有好幾個是拍攝建模廠商，拍攝建模具有成本低、效果好、速度快、操作簡單、數據量小等諸多特點。據說參加「天工計劃」的一家以色列廠商能夠僅憑商品的前後兩張照片就可以實現商品毫米級別的建模，這樣的設備太方便了，普通商戶自己就可以完成商品的三維建模工作。本月有幾個拿到投資的VR創業公司也都是此類方向的創業公司，這也從另一方面也印證了京東的眼光的確很獨到。這塊的確是VR應用的基石，是當前急需公關的技術難關，相信還會有更多此類創業公司獲得資本青睞。拍攝建模的內容很多，平叔會在下一章節作為專題介紹，內容包括：拍攝建模的基本原理、熱點領域、代表廠商、典型產品，這裡就不在贅述了。

第六類，未來場景構建方式–用VR構建VR場景

目前各種場景構建技術，絕大多數都是對真實對象進行三維重建，但是在VR世界裡更多的情況是場景不是真實存在的，比如遊戲、電影，目前這樣的場景基本都是用軟體工具設計出來的，設計的流程大概是：創意、手繪草圖、三維建模、渲染、討論、修改、渲染。。。這樣的設計方法顯然效率很低，最好的工作方式是在虛擬的世界中的所見即所得的完成場景構建工作，構建完成後的場景無需渲染、數據轉換和壓縮直接在應用系統中使用。在VR系統中構建VR場景這項工作一開始就受到了各大公司的關注，Vive消費版發布的時候，典型應用HTC列舉了三個，其中就有Google的Tilt Brush，這款軟體被大家稱為VR世界的PS。

在Google推出VR繪圖軟體之後，Until、UE4紛紛推出自己的VR場景構建工具，很多專註於此類應用的初創公司也獲得了資本的青睞。平叔相信在未來將有眾多這類應用誕生，很多傳統設計軟體巨頭公司會被顛覆。很遺憾平叔還沒有查到國內有關此類應用的公司。

我國在場景構建類領域非常落後，不論是通用設計軟體還是工業設計軟體沒有可以和歐美公司PK的產品，進口依賴程度非常高。三維設計軟體在歐美髮達國家研發歷史超過了四十年，剛提出來計算機圖形技術人家就開始研究和實踐，加上這麼多年不斷迭代發展，技術差距越來越大，我們想山寨都沒機會。因為設計工具的專業性和嚴謹性，設計師通常不敢使用還不太成熟的軟體工具進行設計，國內的此類公司連試錯的機會都沒有。現階段VR設計工具剛剛起步，雖然歐美公司有些積累，但是畢竟都是從頭開始，大家的差距不大，用戶習慣和群體也是從零開始，大家都有機會。有立志今後做出來Autodesk（3Ds Max、Maya）、Adobe（PS）、google sketchup、AVEVA（PDMS）等軟體的小夥伴，現在奮起直追還來的及。

以上就是現階段場景構建的六種方式，這幾類方式在未來會長時間並存和發展，有些方式會消亡，有些方式會得到廣泛應用。平叔在這裡暢想一下未來場景構建應該是什麼樣。

未來VR設計軟體將會大規模普及，工業領域所有的產品進行VR設計將會是標配，產品生產前三維數據將會被用於廣告宣傳、外觀專利申請，樣品將會採用3D列印進行生產，消費者看到的商品信息將會是立體的。在建築領域，大樓的設計、景觀造型、裝修全部採用VR設計，設計公司完成設計後會將大樓的設計數據共享給建築公司、裝修公司、銷售公司、政府等，相關人員可以VR系統獲得房屋的外觀和內部信息。在遊戲和電影領域，大量的戰爭場景、古代宮殿會採用VR手段進行構建和使用。其他的應用還有很多很多，看到這裡大家應該能夠感受到VR帶來的變革力量，這也是平叔如此看好VR前景的原因之一。

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