視覺綁架身心VR如何讓身體進(jìn)入虛擬空間

技術(shù)宅

現(xiàn)在VR已經(jīng)成為時(shí)下最熱門的概念，不過很多低端VR設(shè)備只是讓我們在戴上這些設(shè)備后能夠讓眼睛沉浸在虛擬真實(shí)的環(huán)境里，戴上后可以在我們眼前顯示VR環(huán)境，整體感覺就像是將電視畫面移動到我們的頭部。但是一些高端的VR設(shè)備如Oculus Rift， HTC Vive，則致力于將我們整個(gè)人（而不僅僅是頭部、眼睛）帶入到虛擬現(xiàn)實(shí)之中，這些設(shè)備是依靠什么技術(shù)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的呢？

虛擬還是現(xiàn)實(shí)

VR設(shè)備的一個(gè)重要特性就是沉浸感，這個(gè)感覺可以讓人們分不清楚是處于虛擬還是真實(shí)的環(huán)境中。那么這些設(shè)備是如何實(shí)現(xiàn)這種效果的呢？

大家知道我們對真實(shí)環(huán)境的感知主要是依靠視覺、聽覺、觸覺、嗅覺味覺和運(yùn)動感知這五大身體感知系統(tǒng)。比如我們到了麥當(dāng)勞，麥當(dāng)勞能夠讓我們覺得這是一家餐廳，首先是我們的眼睛可以看到麥當(dāng)勞的標(biāo)志，同時(shí)在進(jìn)入餐廳后看到麥當(dāng)勞員工、食品、餐桌等餐廳元素，耳朵可以聽到顧客的聲音，手可以觸摸到麥當(dāng)勞的食品，口可以感受到雞翅等的味道等。這些完整的感知就會讓我們知道這是一家麥當(dāng)勞餐廳。

VR設(shè)備要讓我們有全身心的沉浸感覺，這些設(shè)備就是通過各種部件來模擬人的上述五大感知系統(tǒng)，使得人們可以獲得和在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中一樣的感知。比如對于視覺感知，為了讓用戶在視覺上擁有真實(shí)的沉浸感，高端VR設(shè)備都會配備一個(gè)特定的球面弧度鏡片，比如Oculus的虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的鏡片就是球形畸變，它通過特定的算法生成一整套立體圖像，從而讓人眼感覺到真實(shí)的位置投射以及大視角范圍的覆蓋，讓大腦“誤認(rèn)為”看到的就是一個(gè)真實(shí)的生活場景（圖1）。

對于觸覺感知，VR設(shè)備通過配備的傳感器來實(shí)現(xiàn)。比如Finch的手指傳感器，它像可穿戴設(shè)備一樣可以戴在人的食指、拇指和中指上，食指的傳感器上還配備了觸摸板（圖2）。用戶通過這套設(shè)備獲得觸摸反饋可以無延遲地傳輸?shù)絍R中，這樣我們在VR環(huán)境中就可以獲得和現(xiàn)實(shí)世界中一樣的反饋，如接觸到虛擬物體就會有現(xiàn)實(shí)中的觸摸感覺。當(dāng)然一些高端的VR設(shè)備的傳感器甚至還可以讓我們獲得冷、熱、痛感等感覺，能夠讓我們在虛擬世界里獲得更為真實(shí)的觸覺感知。

對于運(yùn)動感知則通過追蹤設(shè)備和攝像頭捕捉來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)運(yùn)動學(xué)原理，任何運(yùn)動都可以拆分成上下、左右、前后這6種基本運(yùn)動方式，而這6種基本運(yùn)動方式又可以分為位移和旋轉(zhuǎn)。這樣對于人類運(yùn)動感知的模擬，VR設(shè)備就是通過追蹤人類運(yùn)動并分解為這些基本運(yùn)動實(shí)現(xiàn)運(yùn)動感知的捕捉。比如HTC Vive的追蹤系統(tǒng)可以在人們操控手柄的時(shí)候獲得運(yùn)動的感覺（圖3）。

另一方面對于運(yùn)動感知的模擬，VR設(shè)備還會通過一個(gè)或多個(gè)攝像頭持續(xù)不斷地追蹤物體上的標(biāo)記點(diǎn)，然后通過一系列的算法來判斷出物體的位置，從而可以讓人們在虛擬世界里實(shí)現(xiàn)空間定位。比如Sensics dSight頭盔顯示器上就有很多用于捕捉標(biāo)記點(diǎn)的紅外Mark點(diǎn)，通過這些Mark點(diǎn)的捕捉實(shí)現(xiàn)虛擬空間的定位（圖4）。

至于對于人類比較主觀的味覺、嗅覺的模擬則借助數(shù)碼味覺接口系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這類感知的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，這套系統(tǒng)包含兩個(gè)主要模塊。一個(gè)是控制系統(tǒng)，可以通過配置不同的電流、頻率和溫度的大小，讓用戶有味覺體驗(yàn)；另一個(gè)則為“舌頭接口”，它是兩片薄薄的金屬電極。這樣通過電刺激模擬出酸甜苦辣等味覺效果并傳輸?shù)絍R環(huán)境中，從而讓人擁有各種不同的味覺感知（圖5）。

當(dāng)然，除了這些客觀的模擬感知外，現(xiàn)在VR廠商們還在VR中導(dǎo)入人類主觀的感受，比如在VR游戲中的虛擬化身、故事敘述、觸覺以及其他微妙的視覺、聽覺和感官線索來讓你徹底認(rèn)為你就是處在一個(gè)真實(shí)的環(huán)境中。這樣VR設(shè)備通過模擬人類的客觀和主觀的感知，讓身體完全融入一個(gè)虛擬真實(shí)的空間。

全身心感受 VR可以給我們帶來更多

如上所述，隨著VR技術(shù)的發(fā)展，VR設(shè)備可以讓我們獲得更為真實(shí)的全身心感覺，這些技術(shù)的發(fā)展必然會給我們的生活帶來很多的便利。

比如對于游戲迷來說，借助VR設(shè)備就可以給我們提供極度真實(shí)的游戲環(huán)境，顯然可以讓我們擁有更好的游戲體驗(yàn)。當(dāng)然類似的VR效果還可以用在生活中的很多地方。比如對于方興未艾的遠(yuǎn)程教育，VR技術(shù)可以采用Kinect這樣的VR設(shè)備對老師進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，這樣我們在現(xiàn)實(shí)教室中就可以看到遠(yuǎn)程老師“出現(xiàn)”在我們眼前，而且可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生和老師們面對面的交流，感覺就像在現(xiàn)在學(xué)校的課堂中上課。這種遠(yuǎn)程教育的效果相信遠(yuǎn)比現(xiàn)在單純的視頻畫面要好得多。

可以相信，隨著VR技術(shù)的發(fā)展和VR設(shè)備的普及，VR一定會給我們的生活帶來意想不到的各種便利。