虛擬現(xiàn)實(shí)：想象世界的建造者

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被視為當(dāng)前全球科技界公認(rèn)的一大“風(fēng)口”。在今年年初的美國(guó)拉斯韋加斯國(guó)際消費(fèi)電子產(chǎn)品展上，無(wú)人機(jī)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)大放異彩。2016年內(nèi)，一些廠商將紛紛推出以虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）、可穿戴設(shè)備等新技術(shù)為主的新產(chǎn)品，包括Facebook旗下Oculus Rift、三星Gear VR、索尼PlayStation VR以及HTC Vive等虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔。作為熱門科技產(chǎn)業(yè)，虛擬現(xiàn)實(shí)吸引了科技愛(ài)好者的極大興趣，而VR技術(shù)也成為時(shí)下最能逼真塑造科幻版世界的前沿科技。專家預(yù)測(cè)，2016年將成為國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的元年。

夢(mèng)境制造者

——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)，這樣高大上的名字，似乎只能在科幻大片或者世界頂級(jí)科技展中才可以看到。至今仍有很多人認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還是處于想象階段的未來(lái)技術(shù)，其實(shí)不然，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)如今已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，如虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡、虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，還有游樂(lè)場(chǎng)里經(jīng)常見(jiàn)到的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)館等，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)實(shí)實(shí)在在地出現(xiàn)在人們的生活里。一定有人會(huì)問(wèn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是不是只是一種娛樂(lè)技術(shù)？答案當(dāng)然是否定的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)、軍事航天、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、房產(chǎn)開發(fā)、文物古跡保護(hù)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境中，是一種多元信息融合的交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的仿真系統(tǒng)，是觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺(jué)、力覺(jué)反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等各種前沿科學(xué)技術(shù)交叉發(fā)展的產(chǎn)物。它的主要特點(diǎn)是多感知性、存在感、交互性、自主性。雖然近年來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展非常迅速，但還是有一些不成熟的方面，如佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備很容易讓人產(chǎn)生疲勞，操作不當(dāng)會(huì)對(duì)人的眼睛等感覺(jué)器官造成傷害。科學(xué)在發(fā)展，技術(shù)在進(jìn)步，由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著巨大的市場(chǎng)潛力，很多高科技公司都投入到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其設(shè)備的研發(fā)當(dāng)中，過(guò)不了多久，這位“夢(mèng)境制造大師”肯定會(huì)為我們創(chuàng)造出更多神奇的虛擬世界和最舒適炫酷的體驗(yàn)。

購(gòu)物新體驗(yàn)

——虛擬購(gòu)物

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟，電子商務(wù)也在悄然興起，它的出現(xiàn)和發(fā)展使得人們的日常生活和工作方式發(fā)生了巨大變化。然而，傳統(tǒng)的電子商務(wù)購(gòu)物平臺(tái)在購(gòu)物體驗(yàn)方面卻顯得不夠直觀，顧客只能在商家的網(wǎng)頁(yè)上看到固定的文本介紹和商品的靜止圖片，這些信息非常有限，顧客無(wú)法根據(jù)自己的要求從任意角度去觀察物品，有時(shí)這些信息根本無(wú)法全面地展示一件商品，既缺少了顧客與商品的交互性，又從另一方面限制了電子商務(wù)的發(fā)展。

虛擬購(gòu)物的出現(xiàn)恰恰彌補(bǔ)了這一缺陷。虛擬購(gòu)物系統(tǒng)在Windows環(huán)境下，運(yùn)用VRML語(yǔ)言編寫，建立模型和腳本處理，部分復(fù)雜模型導(dǎo)入3DSMAX模型、HTML頁(yè)面消息處理，工具采用VrmlPad編輯器，系統(tǒng)功能組成模塊包括：登陸模塊、漫游模塊、商品信息模塊、展示牌模塊、廣告牌模塊、音頻播放模塊。通過(guò)這些功能模塊實(shí)現(xiàn)了一種新穎的購(gòu)物方式，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在電子商務(wù)領(lǐng)域，構(gòu)建了一種接近現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的虛擬購(gòu)物商店。顧客在這種虛擬的環(huán)境中如身臨其境，好像進(jìn)入了一個(gè)真實(shí)的購(gòu)物中心，在這里人們可以隨意選擇自己喜愛(ài)的商品，更可以360度觀察商品，帶來(lái)一種直觀、全面的購(gòu)物體驗(yàn)。

在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)科技高速發(fā)展的大背景下，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)融入社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中，給人們的生活與工作帶來(lái)了極大的便利。與此同時(shí)，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴也越來(lái)越強(qiáng)烈，網(wǎng)絡(luò)正在不知不覺(jué)中改變著人們的生活狀態(tài)和生活方式。作為新型購(gòu)物方式與時(shí)尚生活方式之一的虛擬購(gòu)物，也正隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及而發(fā)展，成為賽博空間中又一重要領(lǐng)域，受到了包括經(jīng)濟(jì)學(xué)家和社會(huì)學(xué)家在內(nèi)的廣大學(xué)者以及社會(huì)不同群體的關(guān)注。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的游戲世界

時(shí)至今日，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲領(lǐng)域的應(yīng)用，從最初的文字游戲，到二維游戲、三維游戲，再到網(wǎng)絡(luò)三維游戲，游戲在保持其交互性和實(shí)時(shí)性的同時(shí)，逼真度和沉浸感也正在一步步地提高和加強(qiáng)。可以說(shuō)，電腦游戲自產(chǎn)生以來(lái)，一直都在朝著虛擬現(xiàn)實(shí)的方向發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)已經(jīng)成為三維游戲工作者的崇高追求。

那么，電子游戲領(lǐng)域中虛擬現(xiàn)實(shí)究竟運(yùn)用了哪些特殊的技術(shù)呢？最普遍的便是體感交互技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了玩家利用身體或周圍物體的移動(dòng)來(lái)操縱應(yīng)用，從而可以完全擺脫傳統(tǒng)的鼠標(biāo)鍵盤和復(fù)雜的動(dòng)作捕捉設(shè)備。用戶通過(guò)利用自己的身體或自己周圍物體的移動(dòng)來(lái)操縱應(yīng)用，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，大大降低了使用門檻，擴(kuò)大了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的范圍，增加了虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)的真實(shí)感，帶來(lái)了一次全新的革命。

在這樣的體感游戲中，所用到捕捉人體動(dòng)作的方式也有多種，常見(jiàn)的就是使用一個(gè)或多個(gè)攝像頭來(lái)捕捉用戶的姿勢(shì)，或利用用戶移動(dòng)來(lái)控制屏幕上的任務(wù)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，一般裝有相應(yīng)的軟件對(duì)攝像頭捕捉的圖像進(jìn)行深度圖像處理和骨架跟蹤，可以利用多達(dá)15個(gè)捕捉節(jié)點(diǎn)識(shí)別到人體關(guān)節(jié)點(diǎn)位置信息來(lái)追蹤人體的動(dòng)作，并將這些動(dòng)作反饋到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行交互；有時(shí)還可以通過(guò)佩戴有特殊色彩的輔助裝置來(lái)增強(qiáng)檢測(cè)效果；也可以通過(guò)檢測(cè)用戶手中安裝有各類傳感器和無(wú)線發(fā)射裝置的手持設(shè)備，接受手持設(shè)備的信號(hào)來(lái)識(shí)別人體動(dòng)作，并將其轉(zhuǎn)換成游戲軟件中所需的控制命令來(lái)更好地控制游戲中的虛擬世界。

其次，為了增強(qiáng)游戲過(guò)程中的沉浸性與真實(shí)感，立體顯示技術(shù)與三維虛擬聲音生成技術(shù)以及觸覺(jué)反饋技術(shù)，都是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲中的幾項(xiàng)重要運(yùn)用。

視覺(jué)效果是電子游戲機(jī)最重要的功能之一，因而顯示技術(shù)尤其是立體顯示技術(shù)，是電子游戲機(jī)的重要支撐技術(shù)。為了增強(qiáng)游戲過(guò)程中的沉浸性，當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)游戲機(jī)通常采用的顯示器，有臺(tái)式立體顯示器和頭盔式顯示器兩種。臺(tái)式立體顯示器的顯示屏幕上，會(huì)以一定的頻率交替來(lái)顯示生成的左右眼視圖，游戲過(guò)程中用戶需要佩戴立體眼鏡，使左右眼只能看到屏幕上對(duì)應(yīng)的相應(yīng)視圖，最終在人眼視覺(jué)系統(tǒng)中形成立體成像。

在劉慈欣的科幻小說(shuō)《三體》中，科學(xué)家汪淼穿上虛擬現(xiàn)實(shí)裝備進(jìn)入三體游戲世界的情境，想必給不少讀者留下深刻印象，這種游戲過(guò)程中的沉浸體驗(yàn)正是借助VR頭盔得以實(shí)現(xiàn)。頭盔式顯示器是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)普遍采用的一種立體顯示設(shè)備，它通常安裝在頭部，在頭盔顯示器的屏幕上顯示圖像。VR頭盔通常由兩個(gè)顯示器分別向兩個(gè)眼睛提供圖像，兩個(gè)圖像存在微小差別，類似于“雙眼視差”。由于頭盔上安裝有頭部位置跟蹤裝置，該裝置還可以檢測(cè)用戶頭部的位置，然后將其傳送給計(jì)算機(jī)裝置，計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)用戶頭部的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)顯示，改變用戶視野的三維視線范圍。VR頭盔的應(yīng)用使電子游戲機(jī)的“沉浸性”得到了增強(qiáng)，并豐富了電子游戲機(jī)的表現(xiàn)力。

對(duì)于電子游戲而言，聲音輸出與圖像顯示一樣重要，三維虛擬聲音與人們熟悉的立體聲音不同，三維虛擬聲音能使用戶感受到聲音是來(lái)自圍繞雙耳的一個(gè)球形中的任何地方，即聲音可能出現(xiàn)在頭部的上方、前方或后方。三維虛擬聲音的應(yīng)用使用戶能夠準(zhǔn)確地判斷出聲源的精確位置，符合人們?cè)谡鎸?shí)環(huán)境中的聽(tīng)覺(jué)方式，增強(qiáng)了游戲的真實(shí)感。

最后，觸覺(jué)反饋也是一項(xiàng)重要的被運(yùn)用在游戲中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。觸覺(jué)反饋是指在人機(jī)交互的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)對(duì)操作者的輸入做出響應(yīng)，并通過(guò)觸覺(jué)反饋設(shè)備，作用于操作者的游戲過(guò)程。

當(dāng)虛擬現(xiàn)實(shí)遇上傳統(tǒng)醫(yī)療

自虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生以來(lái)，研究人員一直在探求其在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的運(yùn)用。2003年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在世界范圍內(nèi)價(jià)值近430億美元，較2002年增長(zhǎng)了9.8%，其中，醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造了87億美元。隨著技術(shù)的發(fā)展，最初的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到可以針對(duì)不同的外科手術(shù)進(jìn)行輔助規(guī)劃，由原來(lái)的導(dǎo)航、觀摩形式，發(fā)展成為可操作、可交互的虛擬仿真系統(tǒng)。

在手術(shù)培訓(xùn)方面，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可提供理想的培訓(xùn)平臺(tái)，受訓(xùn)醫(yī)生可觀察高精度三維人體圖像，并通過(guò)力反饋設(shè)備模擬觸覺(jué)，讓受訓(xùn)者在切割組織時(shí)感受到器械的壓力，感覺(jué)就像在真實(shí)的人體上手術(shù)一樣。

而在臨床診斷方面，利用三維重建及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出許多虛擬內(nèi)窺鏡的軟件，可以使醫(yī)生的視線在病人體內(nèi)甚至毛細(xì)血管中自由航行。這種動(dòng)態(tài)的現(xiàn)實(shí)顯示對(duì)臨床診斷具有無(wú)比寶貴的價(jià)值。

虛擬現(xiàn)實(shí)利用特定的交互工具，如感傳手套和數(shù)字頭盔，模擬真實(shí)操作中的虛擬環(huán)境，用戶在操作過(guò)程中有身臨其境的感覺(jué)，可以廣泛地應(yīng)用于手術(shù)培訓(xùn)、手術(shù)預(yù)演、臨床診斷、遠(yuǎn)程干預(yù)、醫(yī)學(xué)教學(xué)等各個(gè)環(huán)節(jié)，為醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)極大的便利。

虛擬現(xiàn)實(shí)，數(shù)不盡的應(yīng)用領(lǐng)域

你聽(tīng)說(shuō)過(guò)虛擬軍事嗎？它就是虛擬技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。虛擬軍事就是指利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行模擬戰(zhàn)局、戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)的方法。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根據(jù)偵察情況資料合成出戰(zhàn)場(chǎng)全景圖，讓受訓(xùn)指揮員通過(guò)傳感裝置觀察雙方兵力部署和戰(zhàn)場(chǎng)情況，以便判斷敵情，定下作戰(zhàn)策略。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在很大程度上解決真實(shí)作戰(zhàn)訓(xùn)練中的費(fèi)用過(guò)高、危險(xiǎn)、受真實(shí)環(huán)境限制等許多實(shí)際問(wèn)題，所以倍受各國(guó)軍方的青睞。

如今，美軍在研發(fā)和利用該技術(shù)中一直處于領(lǐng)先地位，與此同時(shí)，我國(guó)也在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軍事研究與開發(fā)上，未曾停下前進(jìn)的腳步。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，概括來(lái)講，就是它利用3D全景、環(huán)境建模等多項(xiàng)技術(shù)，以視覺(jué)形式反映了設(shè)計(jì)者的思想。比如裝修房屋之前，你首先要做的事情是對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)、外形做細(xì)致的構(gòu)思，為了使之量化，你還需設(shè)計(jì)許多圖紙。當(dāng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)臨后，人們就可以把這種構(gòu)思變成看得見(jiàn)的虛擬物體和環(huán)境，使以往傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化——即看即所得的完美境界。此刻，設(shè)計(jì)者可以完全按照自己的構(gòu)思去構(gòu)建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設(shè)計(jì)的效果，直到滿意為止。這么一來(lái)，就大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。

虛擬校園也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中最早的具體應(yīng)用。簡(jiǎn)單的虛擬校園環(huán)境供游客瀏覽，基于教學(xué)、教務(wù)、校園生活，功能相對(duì)完整的三維可視化虛擬校園以學(xué)生為中心，加入一系列人性化的功能，來(lái)方便學(xué)生學(xué)習(xí)校園生活。

此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、航空航天、工業(yè)設(shè)計(jì)、人工智能、旅游服務(wù)、文物古跡保護(hù)等諸多方面都大有發(fā)展空間。

經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的演進(jìn)和積累，虛擬現(xiàn)實(shí)正處在抵達(dá)技術(shù)臨界點(diǎn)的前夜，在全球范圍內(nèi)也正在掀起VR商業(yè)化普及化的浪潮。2016年被稱為VR產(chǎn)業(yè)爆發(fā)元年，在可見(jiàn)的未來(lái)，VR技術(shù)在消費(fèi)、旅游、醫(yī)療、體育等各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，與普通人的關(guān)系也會(huì)越來(lái)越緊密。

據(jù)科普中國(guó)