虛擬現(xiàn)實技術(shù)是未來之光

李星洋

（江蘇科技大學電子信息學院，江蘇鎮(zhèn)江，212003）

引言

人類自身和外物的發(fā)展，一直是人類世界的推動力，我們改造自然的同時，也在不斷的改造自我，對內(nèi)創(chuàng)造了哲學，美學，對外創(chuàng)造了科學，神學。千百年來的文學家，藝術(shù)家都在苦于無法向他人展示內(nèi)心的絢爛，而科學家也在苦于一些超脫實際的設想無法加以實踐，驗證成效。在這個莫比烏斯環(huán)一樣雙面而又一體的世界，VR的出現(xiàn)給我們畫了一條線使之兩面相連，要我說，VR正是未來之光。

1 VR技術(shù)的基本原理

VR全名是Virtual Reality,中文名稱是靈境技術(shù)或虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，是仿真技術(shù)與計算機圖形學，人機接口，多媒體，傳感技術(shù)等多種技術(shù)的集合，主要包括模擬環(huán)境，感知，自然技能和傳感設備等方面。模擬環(huán)境是由計算機生成的，實時動態(tài)的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知，包括視覺，聽覺，觸覺，味覺，嗅覺等。自然技能是指人的頭部轉(zhuǎn)動，眼睛，手勢或其他人體行為動作，由計算機處理與參與者動作相適應的數(shù)據(jù)并實時響應，再反饋回用戶五官，傳感設備是指三維交互設備。

這正像是外界同人體的整個感官和神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)合，自然創(chuàng)造出的人類本就是最優(yōu)秀的作品。我們已經(jīng)熟悉的電腦和手機，已經(jīng)是最簡單的動物仿生學作品了，它們所為不過是給你特定的觸摸和聲音做出回應而已，已經(jīng)使低頭族難以割舍，而VR，是全方位的反饋，不但具有呼之欲出的視覺效果，更是給人浸入式的感官盛宴和立體響應。

2 關(guān)于VR的可能性

VR會給被現(xiàn)實拘束的人更多的自由，使之到達本不能到達的世界，創(chuàng)造本不能創(chuàng)造的物體。為什么會給VR那么高的評價呢？基于以下幾點：

（1）VR可以給于人們前所未有的交流與展示方式。身為一個獨立的個體，人們經(jīng)常會感受到動物所感受不到的孤獨感，因為人類是如此多樣，精彩。每時每刻在世界上，都有不同的感受在促成個體的變幻成長，我們經(jīng)歷過的，想象過的一切或許藏在我們的氣質(zhì)里，卻不可避免的很可能只在自己的意識里。人，很難單純通過文字，音樂，繪畫，甚至電影去做到與他人感同身受。

VR讓我看到了一種可能性，便是再現(xiàn)人的內(nèi)心世界與觀感。人們的感受時常在一些小的細節(jié)上發(fā)生共鳴，因為它營造出了所謂的氣氛。例如，本來聽到朋友失戀的消息你無動于衷，但你的朋友因為哭泣而聳動的肩膀（視覺），變調(diào)的聲音（聽覺），你們同坐的桌椅因為他的抽泣而晃動（觸覺）時，你真切的感受到了心酸，自己也開始為他鼻酸。本沒有一種藝術(shù)形式能這樣表現(xiàn)感性，可是當VR出現(xiàn)時，在作品中傳遞情緒變得可行了。

同樣的，VR還原現(xiàn)實場景的能力也比現(xiàn)有任何載體都強，我們在圖片中觀看到的峽谷和在VR之中看到的峽谷有天壤之別，在圖片中我們贊嘆峽谷的鬼斧神工，而在VR里，我們仿佛置身于峽谷，為偶然飛過的飛鳥而躲避，為了虛擬的高度而恐高。

在《刀劍神域》中，描述出的虛擬現(xiàn)實游戲被無數(shù)人認為是電子游戲的最終形態(tài)，其中用于游戲的頭顯名為NERvGear，和三星Gear VR有類似的名字。作為VR對普通民眾的啟蒙之作，《刀劍神域》中的VR初代機設計者茅場晶彥的一句話，深深地打動了我：“我不過是想去看向往的那個世界”。

他創(chuàng)造出的艾因格朗特是擁有一百層高度，高度還原現(xiàn)實的，另一種意義上的世外桃源。

（2）VR是一個能實現(xiàn)人們高效運作的愿望的工具，省時省力也省財。

圍棋，象棋，是以物體代替人來演練軍事的最早應用了。目前市面上的射擊游戲，例如《使命召喚》，便是轉(zhuǎn)換于軍用的模擬作戰(zhàn)系統(tǒng)。這些演練當然比不過實戰(zhàn)操作，但一場軍事演習下來要耗費的財力物力必定是難以忽略的大數(shù)字。如果能夠?qū)R應用于模擬戰(zhàn)場環(huán)境，士兵們就可以在高度還原的戰(zhàn)場環(huán)境下進行集體訓練，在信息更加復雜，局勢更加多樣的戰(zhàn)爭中學習戰(zhàn)爭。在虛擬的戰(zhàn)場上，子彈，火藥，硝煙彌漫的空氣都只是一串可重復使用的代碼而已，于人無害，于己有用。

以此類推，任何一種極度危險的絕境，在VR的世界里你都可以親身去觀測，體驗。譬如我這等普通人，即使只是讓我去坐過山車，也會擔心軌道中途斷掉，如果此時有一個高空或者深海的工程需要我去實施設計，我希望我能在地面用VR來模擬所有的狀況，而不是為此親力親為。

3 VR的發(fā)展與局限

現(xiàn)實中，VR仍然深受誤解，在我身邊仍然有不少同學將VR簡單的歸為4D電影一類，許多人對VR的認知也還停留于幾十元就可買到的VR BOX層面。

其實，早在1970年前，就已經(jīng)有人提出過VR的技術(shù)原理，1968年，美國計算機圖形學之父Ivan Sutherlan在哈佛大學組織開發(fā)了第一個計算機圖形驅(qū)動的頭盔顯示器HMD及頭部位置跟蹤系統(tǒng)，是VR發(fā)展史上的重要里程碑。

1990年代，VR掀起過一次如火如荼的商業(yè)化熱潮，1989年Jaron Lanier首次提出Virtual Reality的概念，被稱為“虛擬現(xiàn)實之父”。1991年，一款名為“Virtuality 1000CS”的設備出現(xiàn)在消費市場中，由于其笨重的外形，單一的功能和昂貴的價格，沒有得到消費者的認可。

但此次商業(yè)化熱潮之后，企業(yè)對VR的商業(yè)化嘗試一直沒有停止。

于是迎來第三次熱潮，2014年Facebook以20億美元收購Oculus，微軟，蘋果，三星，HTC等等科技巨頭在我們還未聽說過VR的時候，就已經(jīng)在VR行業(yè)展開布局。市場之上，Oculus VR，Gear VR，HTC Vive，PS VR等等硬件已經(jīng)逐漸走進人們的視野。甚至是時尚界的元老Givenchy也剛剛發(fā)布了VR眼鏡的樣機Gicency VR。虛擬現(xiàn)實技術(shù)開始被用于各種領(lǐng)域，如教育，醫(yī)療，科研，影視，游戲等等許多方面。今年的6.26國際禁毒日活動中，廣州南沙，梅州等地就用VR技術(shù)讓青少年體驗吸毒，使青少年對其感受到不適。醫(yī)療與科研方面的應用就更多了，通過VR模擬出外科手術(shù)場景用于培養(yǎng)醫(yī)生可以解決諸如標本不夠之類的問題。得到963萬美元投資的Surgical Theater為神經(jīng)外科手術(shù)術(shù)前計劃與演練開發(fā)了專門的VR應用平臺Surgery Rehearsal Platform。而這家企業(yè)的投資方正是Vive虛擬現(xiàn)實頭顯背后的HTC。

雖然在科技界，VR大有可為，但VR創(chuàng)業(yè)者的面前卻不是一片坦途，在商業(yè)化的道路上，它仍存在許多桎梏。主要有四個大的問題：

（1）限制活動范圍

“當我們渴望融入虛擬世界時，就要毫不顧忌的在那個世界中行走，活動，可是我們一戴上VR頭盔，拿起手柄，就站在原地不敢動作了?！边@是大部分使用者會面臨的困擾，因為VR自身的線纜會限制我們的移動，而且視野與外界的隔絕使我們擔心自身受到傷害。

（2）人機如何互動

目前的傳感設備和運動捕捉系統(tǒng)都不夠靈敏，無法完美識別出人們?nèi)粘Ｊ謩荽淼闹噶睿鴶?shù)據(jù)手套，動作手柄等人機交互設備要操作起來也具有一定的難度。如果不是常用者，使用起來會很不習慣。

（3）缺乏統(tǒng)一的標準

VR體驗經(jīng)常只能兼容特定的一些設備，只有你擁有同它配置同樣精良的PC時才能進行體驗，這種問題通常被稱為“API碎片”，VR系統(tǒng)只有建立了通用的標準才能使VR軟件跨過不同的硬件組合進行合作。一些組織已經(jīng)開始嘗試建立VR行業(yè)的標準，設立統(tǒng)一的設備接口和應用程序接口。

（4）易產(chǎn)生眩暈，疲勞等不舒適感

在平面結(jié)構(gòu)的屏幕上構(gòu)筑三維空間，本身需要景深虛化效果輔助，但這種傳統(tǒng)的輔助構(gòu)建模式本身與我們的雙眼視性相悖，現(xiàn)實與虛擬的視差會導致我們的不適應。同時，視訊信號從采樣，到完成呈現(xiàn)的過程是有延遲的，延遲過程中我們會感受到畫面的虛化，由于沒有焦點，大腦會重新尋找焦點，多次反復重新聚焦就會引發(fā)眩暈。且當我們在VR場景中運動時，現(xiàn)實中的身體可能與之速度不一致也會造成暈動癥。

4 結(jié)束語

以上這些問題國內(nèi)外有諸多實驗室正在著手解決，其中不乏優(yōu)秀的解決方案，不可否認的是，在未來，VR會越來越接近于現(xiàn)實生活。

每一種事物的成長都伴隨著波動，只要在合理范圍之內(nèi)，都不會改變虛擬現(xiàn)實技術(shù)會是未來信息技術(shù)的中流砥柱這個事實。VR最終會成功，而且會以人們想象不到的規(guī)模主宰人類文明，它需要一些時間，也僅僅需要一些時間而已，讓我們拭目以待，迎接數(shù)字和現(xiàn)實混合交叉的時代。

[1]劉光然.虛擬現(xiàn)實技術(shù)[M].北京:清華大學出版社,2009.

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[4]王禹媚,《虛擬現(xiàn)實（VR）報告：一場必勝的持久戰(zhàn)》,2015.

[5]周成剛,談虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中國的發(fā)展[J].數(shù)碼世界,2016(11):25-26.