虚拟现实(Virtual Reality,VR)利用物理环境和设备生成逼真的图像和声音,全方位作用于用户的视觉听觉触觉,从而给用户创造诸多控制丰富性、互动直接性的沉浸式体验,并广泛应用于教育、医疗、军事和航空等领域。但自虚拟现实发展至今,VR未如预料般开启用户媒体消费市场的新纪元。目前VR的体验主要为本地VR体验方式(PC-VR体验方式、VR一体机),这两种体验方式在价格普适性和高质便携性上都存在一定的缺陷,从而使用户体验欲望降低,阻碍了VR的普及。PC-VR系统对计算性能有极高的需求,难以打开普通消费者用户市场,此外其对用户移动空间有所限制,影响用户体验。VR一体机体验方式则受其移动端计算芯片的限制不能提供高质量的VR画面,同时匮乏的VR应用也难以激起用户的兴趣。由此,本文提出了一种结合PC-VR体验和VR一体机二者优点的云化VR系统。云化VR系统将VR渲染移到高性能的云端服务器上,用户在客户端只需要显示服务器端渲染完成的画面即可完成VR体验。这极大地降低了用户的体验门槛,有利于VR的普及。本文主要研究内容如下:1.相较于传统的本地VR系统架构,本文设计了新型的云化VR系统的架构并讨论了云化VR系统的组成模块各自职能及交互方式。云化VR系统主要是服务器端将当前VR场景计算渲染并编码成视频流之后通过网络传输给客户端,客户端将接收到的视频流解码完成之后渲染给用户观看。2.在时间尺度上分析了用户体验云化VR系统中从发起一个动作到该动作真实反映在用户面前整个工作流程。此外还从主观和客观两个方面提出了云化VR系统的评价指标。分别刻画云化VR系统中可以确定测量出来的参数(分辨率、刷新率、运动感知时延等)和用户体验过程中的主观感受体验(真实感、交互感、愉悦感)。3.针对云化VR系统的画面质量和交互体验两个性能,本文从云化VR系统的编解码、网络传输和体验优化三个部分提出了相应的优化策略:使用基于VR图像的并行编解码和左右眼图像相关性编码来降低编解码时延、优化编解码波动同时降低编码码率。在对帧率为75Hz,分辨率为2880X1440,GOP大小为75的相同视频序列,与直接编码相比使用该策略可以节约9%的码率同时减少30%的编解码耗时;使用基于UDP、TCP和前向纠错码的定制私有协议优化云化VR系统的传输时延和传输容错率,使得系统可以稳定运行,并对不同的云化VR应用场景设计不同的传输策略(基于视场的传输方式和基于双层结构的传输方式);使用基于用户姿态预测和异步时间扭曲的端云异步渲染方案极大的降低用户体验云化VR系统过程中的晕眩感。4.根据云化VR系统的设计和相关优化方案,本文实现了一个云化VR系统,分别从系统的服务器端、客户端以及通信流程具体介绍了实现的细节,包括码率控制、参数预设、像素格式转换以及网络传输过程中的“粘包”问题,与本地VR体验效果相比本文实现的云化VR系统无明显体验差异。本文设计的云化VR系统架构及相应的优化策略,可提供与本地VR系统相媲美的用户体验。同时兼顾了本地VR系统的广泛应用内容,降低了用户的VR体验门槛,有效满足用户VR体验的需求。