“貓眼”看VR

一只大黑貓

近日，人類世界混進(jìn)了—位叫做“VR”的超人氣主角，它不僅出現(xiàn)在了高考試卷中，據(jù)說還可以幫助截癱患者恢復(fù)身體知覺，重新體驗(yàn)?zāi)_踏實(shí)地的感覺。作為一只物理系畢業(yè)的喵，今天俺就來好好給你們講講VR這個(gè)“東東”吧。

電子“藝術(shù)”作品

“虛擬現(xiàn)實(shí)”（英文縮寫VR）的概念出現(xiàn)了有三四十年了，可以說是伴隨著電子和信息科技而發(fā)展起來的，它的主要特征是用信息技術(shù)構(gòu)造一個(gè)“仿佛能感受到”的空間。利用拍攝、錄音等手段記錄真實(shí)場景，再數(shù)字化播出的三維大片之類，大多不符合VR的概念，不過三維影音播放技術(shù)算是VR的一部分硬件基礎(chǔ)。發(fā)展到現(xiàn)在，VR已經(jīng)成為多技術(shù)綜合體，包括實(shí)時(shí)三維圖像，寬視野立體顯示，對觀察者頭、眼和手的跟蹤，觸覺和力反饋，立體聲，網(wǎng)絡(luò)傳輸，電子語音及語音識(shí)別等，可以說是全面的人機(jī)交互與環(huán)境構(gòu)成，幾乎可以做到“身臨其境”（哪怕你想體驗(yàn)一下變身成我們“喵星人”，也不是沒可能）。

VR的關(guān)鍵是數(shù)字化環(huán)境，主要是視聽建模和渲染。很多軟件能做這種工作，但VR需要高速度——人的最短反應(yīng)時(shí)間大約是0.1秒（貓要快一些，喵），只有在這么短的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算，并把結(jié)果反饋出來才能達(dá)到VR的效果。但這需要極強(qiáng)的計(jì)算力，還好現(xiàn)在有每秒10億億次運(yùn)算速度的超級(jí)計(jì)算機(jī)，就算是“喵星人”的反應(yīng)也是能跟得上的。

高科技的“欺詐”

計(jì)算生成的圖像和聲音等只存在于電腦里，要讓人感受到需要人機(jī)接口，最關(guān)鍵的是三維顯示，因?yàn)閾?jù)說人類80%的信息感知來源于視覺。作為一種獵殺生物，長達(dá)百萬年的進(jìn)化讓人類擁有了立體視覺。有個(gè)小實(shí)驗(yàn)可以演示這種本能：找個(gè)距離稍遠(yuǎn)的立體目標(biāo)，比如家里的衣柜，閉上一只眼睛看它，然后馬上換另一只，會(huì)感覺到它有輕微移動(dòng)對不對？這不是你視力有問題，而是由于雙眼間的一定間隔使你能看到立體目標(biāo)的不同側(cè)面，從而測出你到它的距離。VR則是反過來，它利用立體視覺，通過給雙眼提供略有不同的圖像來讓你得到空間感和立體感。現(xiàn)在市面上賣的各種立體眼鏡就是最基礎(chǔ)的VR接口。注意，由于這種差異圖像是計(jì)算出來后強(qiáng)行“灌輸”的，并不完美，變動(dòng)也會(huì)比較突然，看久了往往容易眩暈?？凑鎸?shí)物體也有類似情況，有些恐高的人其實(shí)就是因?yàn)闊o法對俯視目標(biāo)準(zhǔn)確測距。順便告訴大伙兒一個(gè)秘密，貓的測距能力沒有人們通常認(rèn)為的那么好，往往爬到樹上就判斷不了真實(shí)高度不敢下來，需要消防員叔叔來搭救。

現(xiàn)在的三維視覺有多真實(shí)？人類測試過頭戴虛擬設(shè)備上下樓梯，并且成功了，但專家不建議經(jīng)常這樣嘗試。

視覺并不足夠

即使有完美的三維顯示，仍然很難避免眩暈，因?yàn)殡m然看到了“距離”和“立體”，但身體并沒有動(dòng)，也沒有東西真的迎面撲來，你的體感和觸覺在告訴你這是假的，你被“騙”了。為了更進(jìn)一步提高真實(shí)性，需要用對眼睛或頭部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，同時(shí)提供包括聽覺、觸覺等全面的反饋。

聽覺“虛擬”和視覺類似，通過演算聲波傳遞數(shù)據(jù)，逐層還原成“假如”站在某處將能聽到的音頻，再由立體聲播放或者耳機(jī)輸出。人會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)頭部尋找聲音來源，配合類似三維視覺的運(yùn)動(dòng)傳感器，虛擬聽覺也可以跟隨人運(yùn)動(dòng)，不過目前很難做到完美。當(dāng)然人的聽覺敏感度一般，糊弄一下也就過去了，如果是咱們貓可沒那么容易被騙，因?yàn)樨垖ふ衣曉磿?huì)首先轉(zhuǎn)動(dòng)耳朵。（順便說一句，耳機(jī)壓住貓耳可真難受！）

觸覺的虛擬需要穿戴式設(shè)備和精密的力輸出，以便通過力反饋獲得真實(shí)的“接觸感”。制造這些設(shè)備的成本和使用它們的復(fù)雜性很高，現(xiàn)在還處于試驗(yàn)階段，有專家表示大概五年后能廣泛應(yīng)用，但他們不止五年前就如此宣稱了。同時(shí)不是所有觸覺和體感都能原地模擬，比如下墜時(shí)的失重就不行，喜歡跳躍的貓對這種感覺可是非常非常熟悉。

嗅覺和味覺也能虛擬，它們依賴于適當(dāng)化學(xué)物質(zhì)的散播，所以不易調(diào)整，如果沒有特別需求，目前多數(shù)場合還是忽略這兩項(xiàng)的。

語音對話其實(shí)不能算VR，更接近于人機(jī)交互界面，通過音頻采集合成等手段，電腦現(xiàn)在能發(fā)出近似完美的語音，包括唱歌，但聽取自然語言的識(shí)別能力就比較差了。不過總比咱貓強(qiáng)得多，俺也想要個(gè)電腦幫忙說話，喵……

過于復(fù)雜的系統(tǒng)和技術(shù)不完美使得通過設(shè)備虛擬獲得的感覺和真實(shí)總有那么點(diǎn)微妙的不協(xié)調(diào)，甚至有人認(rèn)為過度使用VR將對大腦的感覺信號(hào)處理機(jī)能產(chǎn)生不良“訓(xùn)l練”，導(dǎo)致在真實(shí)世界里出現(xiàn)平地摔之類的惡性后果。也許以后直接利用神經(jīng)信號(hào)、腦電波之類的輸入輸出能解決這些問題，或者不解決也沒什么，就給人們留點(diǎn)走出房間，切身體驗(yàn)大自然的理由也好。

“虛擬”什么？

既然做不到完全真實(shí)，那應(yīng)該“虛擬”什么？可以說沒有確定的答案。畢竟人各有所好，有人愛山，那不妨用虛擬設(shè)備跟隨登山隊(duì)來一次巔峰體驗(yàn)；有人樂水，也一樣可以隨著數(shù)據(jù)流沉入大堡礁深海，就算想到馬里亞納海溝也沒關(guān)系，反正設(shè)備不會(huì)室息也不會(huì)被11000多米的水壓擠垮——如果連這都模擬出來了，真實(shí)度倒是高了，但感受估計(jì)反而不好。

從商業(yè)化的角度，VR體驗(yàn)作為一種低成本、高靈活性的展示方式已得到應(yīng)用，如VR看房、VR裝修、VR試衣等，軍事上也有人用VR進(jìn)行射擊、駕駛等模擬訓(xùn)練。

至于俺的選擇？作為一只“喵星人”，俺的夢想當(dāng)然是乘宇宙飛船回到“喵星”，現(xiàn)實(shí)里做不到就在VR里沉浸于星空好了，喵……