本动漫《刀剑神域》描绘的场景是对虚拟现实技术很好的诠释：一群人通过虚拟现实游戏头盔NERvGear_百度知道404 Not Found
The requested URL /html/economy/72137.html was not found on this server.进入游戏世界将成真？虚拟现实背后的技术革命
编者按： 早在50年前，虚拟现实技术就已初见端倪，近年来，这项技术重新火热起来，大有变革人类视觉体验之势。在虚拟现实重构的世界里，我们不仅有视、听、触、嗅等感觉，而且它们将变得愈发真实，与现实世界无异。与虚拟现实相对应的，还有增强现实以及混合现实，它们在改变人类视觉体验的同时，也在真切地变革我们的生活。我们既可用它们来购物，也可进行模拟驾驶，甚至还可用它来治疗疾病。尽管目前虚拟现实技术仍有许多缺陷，但它注定会在不远的将来影响我们每一个人。本文来自上海交通大学软件学院教授杨旭波日前在“新民科学咖啡馆”活动的分享。演讲 | 杨旭波（上海交通大学软件学院教授）整理 | 叶水送●●●早在50多年前，美国电影摄影师莫顿·海利希（Morton Heilig）就发明了一台叫Sensorama的机器，它就像现在的大型游戏机一样，当我们把头放进这台机器里后，不仅会有3D的视觉，还能闻到气味、听到声音。由于海利希以及机器自身的缺陷，例如没有互动性，仅靠事先做好的画面播放，因此Sensorama机器当时并没有得到很好的反响。?最早的虚拟现实体验机Sensorama。来源：wikipedia?虚拟现实的早期开拓者Morton Heilig。来源：artcenter.edu头戴显示器的发展需回溯到上世纪60年代。1968年，拥有美国麻省理工学院博士学位的科学家伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland），在实验室里做了一个名为达摩克利斯剑的头戴显示器，这个显示器用的是CRT显示技术，可追踪头部的动作，往哪边看就会有感应，可以实时计算眼睛看到的画面。不过那时候计算机能力非常差，显示的像素也非常低。苏泽兰当时还写了一篇很有名的论文“终极显示”，他设想未来的显示器应该能够达到分不清真实与虚拟。当我们戴上这个以后，就会看到另一个世界，在这个虚拟的世界里，我们的感觉都是真的，有点像《黑客帝国》描述的那样。但实际上，即使是现在，我们离他的设想还很远。至于头戴式显示器的思想，最早可追溯到1613年，伽利略时代就有一个头盔望远镜的设计，通过这种方式可以看到远处的东西就在眼前，也有很好的沉浸感。今天的虚拟现实技术头盔Oculus跟这些早期头戴显示设备长得比较像，只是现在非常便宜了，以前这样的设备非常昂贵，一般人接触不到。2006年，东芝（Toshiba）公司出了这样的一个设备，但设计上很失败，戴上去像怪物一样。2014年，一个名为Oculus的创新公司，让虚拟现实重新火热起来，这并非仅仅因为技术上的革命性突破，还因为其低廉的价格，让普通民众仅以300至350美元即可购买到开发版的头戴显示器。Facebook花费20亿美元收购这家公司，也令人对其刮目相看。三星公司也设计出廉价的头戴显示器Gear VR，当把三星手机放到这个盒子里面就可以用。谷歌的纸盒眼镜Cardboard则更便宜，我们甚至可以利用谷歌开放的设计图，买两个透镜，用纸板自己动手做。谷歌主要推安卓手机，当手机装上应用程序后，手机就会分成两个屏幕，左右两个眼睛可看到不一样的画面，产生立体的效果。当我们转动的信息被手机的传感器检测到时，就可以看到互动的效果，但这个比Oculus的舒适度差一些，因为距离难以调节，加上计算能力手机要比PC机差很多，但它仍可获得较好的沉浸感。虚拟现实技术：在现实中触碰虚拟世界虚拟现实（Virtual Reality），简称VR，这两个词组合在一起看似矛盾，一个虚拟一个现实，但都在虚拟现实环境中体现，由计算机生成虚拟世界，人们通过虚拟现实系统进入到这个虚构的世界里。在这个世界里，我们可通过视觉、听觉以及触觉进行感知，也有人在研究嗅觉和味觉。虚拟现实有如下几个特点：计算机生成、多通道感知、沉浸感以及想象力。当我们把虚拟现实头戴显示器放在眼前，即可进入到另一个世界。尽管一部电影也可能会带来沉浸感，但是它没有交互性。而在虚拟现实系统中，这种沉浸感有交互性，当我们头动一下，即可看到不同的角度的场景。至于想象力方面，应该说这个虚拟的世界是我们构想出来的。它可以是现实世界的复制，比如开会，戴上头盔之后，我们可能置身于旧金山一个会议室；也可以是想象出来的卡通世界，是你儿时从书本中看过的一个童话世界，现实中它根本不存在。虚拟现实系统主要包括如下几个方面：首先是内容，它的核心是一个实时计算机图形和仿真器，然后是用户界面：一个输入，一个输出，这是非常简单的关系，输入主要是对应用户的头、眼睛、手以及整个身体动作的追踪，当把这些身体的信息代入到虚拟现实世界里，身体如何动，系统一旦感知到，就会给予一个相应的反馈。?以Oculus为例，虚拟现实系统的各个组成部分。来源：事实上，虚拟现实是多学科结合的领域。从学科角度来说，其核心是计算机图形和仿真，此外还有计算机软硬件、图像与视觉、人工智能等技术，由于要用到视觉、触觉、听觉等多感知通道，还会涉及到光、声、电、机械等。虽然Oculus已经设计得还算不错，但戴十几分钟，眼睛仍可能会有点难受，还会头晕。目前，全球顶尖学者都在研究人机工程问题，如何设计得更加舒适，当我们戴上眼镜后，有人会有大脑被三维虚拟环境控制的感觉，这可能会带来心理上的冲击，因此虚拟现实的应用还会涉及到心理学、社会学等问题。虚拟的内容最初一般由建模师通过三维电脑软件在屏幕上构建出来，例如，从一个简单的模型开始渐渐构造出复杂的角色模型，在电脑上设计出来之后，再赋予它们动作，最后贴上皮肤的纹理，这样就造出来一个虚拟的角色形象。还有一种虚拟内容，它不靠人工，而是靠一种特殊的相机——全景相机。这个相机有很多镜头，可以把360度的画面全部拍下来，数据也可以在虚拟现实中展现，这是将来一个重要的应用方向。两会期间也有一些记者用到了这样的摄像头，配上虚拟现实的头盔，我们可以从各个角度观看，也可以把数据存下来放给其他的人看。当然头盔并不是虚拟现实的唯一形式，还有很多其他形式，例如CAVE是通过投影仪构建的，可模拟四面墙或六面墙，每个墙都用立体投影仪投出来，带上立体眼镜就很有沉浸感，但造价非常高。1999年，我在浙江大学参与安装过这样的一套系统，当时设备耗费约250万人民币。还有环幕投影，造价相对低一点，在博物馆、展览馆可看到，它应该算半沉浸式，因为整个视野没有完全被覆盖，当人转过去以后，感觉又回到现实世界。?虚拟现实技术可应用于游戏以及体育等方面接下来是输入设备方面。输入设备需要捕捉人的信号，怎么把人的动作信号带到虚拟环境里去？最常用的设备是运动捕获设备，例如这里的演员做一些动作，通过很多摄像头拍下来，再把这个动作放到虚拟的角色上去。输入设备又分两种：一种是光学运动捕获设备，相机加上红外线，人身上有很多发光的点，靠计算机计算能力实时算出动作，但它有一个缺点就是容易被遮挡；另一个是惯性传感设备，用户身上装了很多，手动一下就有一个惯性数据，可以算出角度。还有脸部动作捕获，电影里会经常使用，以前是在脸上加很多点，但现在技术发展了很多，不用在脸上铺点，而是直接用计算机视觉的算法来算，目前已经可做到实时。?通过数据采集，电脑可快速合成虚拟图像，在虚拟的环境里，我们可以参与不同情境。除了脸部模拟以外，还有一种数据手套，当戴上这个特殊的手套后，手活动时每个关节角度，可被手套感知到，如模拟手握杯子，通过一个力反馈设备给手部一个反馈力量，虽然没有杯子，但通过设备施加的外力，我们可以感觉到拿了一个杯子样的东西。目前这一领域仍有很多技术难点没有突破。?当我们带上“数据手套“后，通过手套给予的刺激，我们即可感受到手里紧握的物体，它可能是一个杯子或者是球等总结一下，虚拟现实的本质是一种新的计算平台、一种新的通讯平台和交互界面。从计算机发展来看，最早是大型机，一个计算机占据整个房子。彼时人是渺小的，人需要适应计算机，后来个人电脑出现的时候，人类将电脑变得越来越小，等到手机出现的时候，我们可以随时进行计算。虚拟现实应该是下一个新的计算平台，不再是你感觉跟计算机的世界隔着个屏幕，而是以后你感觉计算机构造的世界跟现实世界相互融合，尽管目前还是通过屏幕的方式展现，以后就可能分不清在哪个世界里，这是一个发展趋势，计算机将逐渐适应人的习惯。增强现实：一个同样令人惊艳的技术有关虚拟现实和增强现实（Augmented Reality，AR）之间的关系，很多人可能并不能准确地区分它们，另外还有一个叫混合现实。混合现实是一个从真实世界到虚拟世界的过渡, 包含了虚拟现实和增强现实。增强现实已有很多代表性的产业发展，如谷歌眼镜，但它不太成功。微软也刚推出了增强现实眼镜产品Hololens，卖得比较贵，大概3000美金，它们有一个共同的特点，就是半透明的，因为我们仍需要看到真实的现实情景，而以Oculus为代表的虚拟现实眼镜前面则是不透光的，别人看不到你的眼睛，你也看不到周围的东西，这是它们之间主要区别所在，但未来增强现实应用面更广。?一个有趣的增强现实情境，通过听、视觉让人身临其境例如，当我们对着镜子穿衣服时，可通过增强现实让自己换上一件别的衣服或裙子，或合适的款式，这就是所谓的虚拟试衣。它还可应用于远程会议，当戴上增强现实的眼镜之后，我们可看到虚构的桌子以及从远处传过来的参会者影像，尽管它们置身于不同的空间，但此刻如同在同一个环境下讨论问题。最近，微软推出一个视频，通过增强现实眼镜，即使你的孩子不在身边，在增强现实的情景里，他（她）可被置身于同一个房间，让你感觉到小孩就在跟前。不过这方面现在做不到这么好，有一些概念性的成分，还有很多缺陷。增强现实还可用于汽车导航，如果我们看导航信息，需低头看汽车面板，这样可能会分心。利用增强现实技术，导航的信息直接显示在挡风玻璃上，这样就可以看到路面信息。虚拟现实的应用：未来前景无限虚拟现实除了可用于影视游戏等娱乐应用之外，在其他非娱乐的应用领域也前景广阔。虚拟现实同样也可用于虚拟试衣，这是阿里巴巴的“Buy+”计划，今年3月刚推出概念，戴上虚拟现实的眼镜之后，人们可通过虚拟模特身上的衣服来进行选择和购买。很多汽车公司也开始利用虚拟现实眼镜进行模拟驾驶，让用户体验开车时的感受，但不能真的开到路上。此外，还可做虚拟旅游，戴上眼镜后，可体验以前从未去过的地方，身临其境。此外，还可以虚拟看房或设计房子，我们可事先让设计师设计一个虚拟图景，通过体验，我们还可以纠正需要改造的地方。日常生活体验可对我们的大脑有影响，同样虚拟的体验也能影响大脑，因此虚拟现实还可用于心理治疗，很多有抑郁症的人，通过虚拟现实技术辅助治疗可以得到一些改善。对于社交恐惧症患者来说，他们平时不敢对很多人说话，在虚拟的世界，你知道这是假的，心理会放松防线，更容易跟其他人交流，从而逐渐提高社交能力。再比如，有很多人害怕蜘蛛，通过虚拟现实模拟，蜘蛛“近”在眼前，尽管你很难抗拒潜意识中的害怕，但是可以通过这种方式逐渐“脱敏”。恐高症同样可通过虚拟现实得到缓解。心理学家还用虚拟现实来进行其他治疗，例如烧伤患者非常痛苦，尤其是给他换药的时候，如果有医生把虚拟现实技术用到他们身上，让他戴上一个头盔，看到一个冰凉的世界，大脑相应做出反应，疼痛感会减弱。在美国911恐怖袭击之后，很多人心理创伤很大，通过虚拟现实技术，把患者带回到当时的环境，这也是一个类似于“脱敏”的治疗，从而使患者心理上得到疏解，目前证明可以起到比较明显的效果。此外还有对自闭症患者的治疗，他们不愿跟人交流，难以亲近，通过虚拟现实技术，让他们在虚拟的世界里玩游戏，并逐渐接受自己在其中的角色，然后锻炼跟人交往的技巧。研究发现治疗前后患者大脑的活跃度有明显改善，这说明虚拟现实起到了良好的作用。在医疗方面，虚拟现实还可用来训练医生。当前医生培训代价比较高，既缺少设备，同时人又非常多，我们可以通过虚拟现实设备，帮助医生练习手术。例如，在虚拟的世界里，连接力反馈的设备可模仿一个手术刀，当手术刀碰到虚拟器官之后，会有一个力反馈，也会模拟器官的形变，通过这种方式医生可以得到手术技能的锻炼。对于学习和教育来说，虚拟现实也是非常有帮助的。通常来说，小孩对形象直观的东西容易接受，通过虚拟现实技术，把一些比较抽象的东西，以直观方式表现出来，这样可提高他们的记忆能力和学习动机，通过这种方式他们既愿意学习，又觉得很好玩，此外也可以增强小孩子间的合作。总的来说，虚拟现实已经诞生50多年，由于以前成本太高，它最近才刚刚走近大众。虚拟现实、增强现实它们之间相关，又各有特点，但核心都是以实时计算机图形为主，应用也在不断拓广。通过与互联网、机器人、人工智能以及大数据进一步结合，虚拟现实的未来应用会更广泛。欢迎个人转发到朋友圈，公众号、报刊等转载请联系授权知识分子为更好的智趣生活ID：The-Intellectual投稿：授权：
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百度VR等你来在VR出现之前我们就有虚拟现实了 而且还是1.25倍的
[摘要]借用1980年代的后现代主义的说法——虽然这样让我觉得有些不好意思——实际上，当我们在看到美丽的大海，潜伏在海中的珊瑚礁和游走的鱼群的时候，我们会有一种“哇，好像在水族馆里面一样！”今天，日本的电子媒体ascii.jp发表了一篇关于VR的真实性的文章，原文标题为《当VR开始热闹起来的时候，我们不得不对“现实”产生疑问》。文章中，作者指出“VR如果要给我们真实的效果，需要做出1.25倍的放大过后的真实性才可以”的理论，我们特意编译如下。和今天的头条内容的侧重不同，这篇提出了关于人类所想之现实是什么的思考。我们一直都在追求VR（虚拟现实）不仅是电子产业，在其他很多地方我们都会听到关于“今年是某某元年”这样的老生常谈，每年都会重复。到目前为止，我们大概也都听说过比如“性媒体（Viral Media）元年”“电子书元年”“动画广告元年”之类的说法，实在是种类繁多。不容置疑地，今年我们就该提出 “VR（Virtual Reality=虚拟现实）元年”的说法吧。的确，“Oculus Rift”、HTC Vive”和（日本）国产的“PlayStation VR”，再加上能直接装在智能手机上的Gear VR等等，关于VR的各种新闻充斥了我们的眼球。据美国的调查公司SUPERDATA资料显示，包括硬件和软件在内，今年VR相关产品在全世界的市场规模将会达到约30亿美元，而4年以后的2020年则会升至约400亿美元。虽然现在仍然处于VR硬件的普及期，但从3年后的2019年开始，就会产生软件的销售额超过硬件的情况。美国调查公司SUPERDATA发表的调查资料《Virtual Reality Industry Report 2016》。（阅读整个文档需要付费）尽管我并不想在这股热潮之上撒上冷水，不过仔细想想的话，从科技和媒体的历史长流来看，人类一直都在追求一种把不在眼前、不在现在的情报通过某些手段而超越时空，放到你眼前的能力。这正是我们说的虚拟现实所想追求的结果。我觉得，VR元年其实可以说是从人类历史诞生就开始了。以前我写过一篇主题为“电话是听觉的VR”的文章，文中谈到，通信媒体发展的历史从来都在解决一个问题，这个问题旨在消解由空间的距离而产生的、在分享情报时所必须的时间延迟的情况。“即使家人和朋友住得很远，我也想要近距离地听到看到他们的声音和样貌”，“我想要实时观看在很远的地方举行的棒球比赛”，这些欲望催生出了电信、电话、广播和电视。“tele-”是“远处”的意思，所以不论是电报（telegraph）、电话（telephone）还是电视（television），都是一种希望能够消除远距离带来的隔阂而生产制作出来的一种假想的现实，一种技术媒介。不仅通信媒体的历史如此，记录媒体的发展历史也是一样，它是一种将个人的、民族的、国家的记忆和故事通过一种通时的方式传达给后世，并通过共时的方式传播到远方希望能够继承并传达的欲望的历史。当我们面对墓碑和石刻这样的记录媒体的时候，我们就会回想起过去曾经生活过的人物，曾经发生过的事情；当我们在阅读纸质媒介的小说时，就会发挥我们的想象力而沉浸其中。现实和模仿，真实和虚拟的境界是非常暧昧的就像我们已经探讨过的一样，技术和媒体的历史就是一种“将身体和感觉扩张”的历史，人类难道不是常常会像这样去追求和“现在、这里”不同的虚拟现实（Virtual Reality）吗？也就是说，我们不用等着说2016年才是我们的VR（虚拟现实）元年，而是立即可以声称，我们的周围早就已经有了各种各样的现实性了，即使不带上VR眼睛，我们也都在无意识中灵活地在各种复数的现实中来往穿梭。借用1980年代的后现代主义的说法——虽然这样让我觉得有些不好意思——实际上，当我们在看到美丽的大海，潜伏在海中的珊瑚礁和游走的鱼群的时候，我们会有一种“哇，好像在水族()馆里面一样！”这样颠倒的想法。去南方海岛，看到美丽的夜空，闪烁的明星，我们也会使用一些老套的感叹词，比如“哇，好像光球仪一样！”我们生活在一个现实和模仿，真实和虚拟的边界非常模糊的世界里。Photo by Rian Castillo「georgia aquarium」这是我们在考虑VR软件的时候非常重要的问题。有时候，如果非常真实反而会有可怕的感觉，而适当正好地把现实歪曲却会带来安心感。这样的例子其实很多。人工智能和3D CG，包括人偶都会产生的“恐怖谷理论”就是一个很好的例子。恐怖谷理论是说一个非人类的角色在带上某些人类的特征，或者说在获得它的真实感的时候，会有一个令角色让人感到很恐怖的临界点。而如果在超过恐怖谷的这个临界点之后再继续增加它的真实感，这种对于角色的恐惧感就会再度转变为好感。也就是说，完美无缺的真实再现，或者适度地调整使得它有更少的现实感，这两端才会是刚刚好的。在第二次世界大战中和战后，当时的英国首相丘吉尔都表达了他对“什么才是真实感”的疑惑。1954年，为了表彰他长久以来的功绩，人们在英国议会为丘吉尔举办了的80岁生日。当时，一流的肖像画家格雷厄姆·萨瑟兰为丘吉尔送上了一幅他的画作。但是，丘吉尔对这张忠实地再现了他老年模样的画像感到十分不快。人们会希求的，往往不一定都是对于现实的忠实再现。顺带一说，丘吉尔对于这幅肖像画所表达的真实感到痛苦，而在知晓了这一点的丘吉尔夫人，就在1965年丘吉尔死去之前将这幅很有价值的画作烧毁了。Image from Amazon.co.jp 这是Joseph Lawrence Sax的著作《Playing Darts With a Rembrandt: Public and Private Rights to Cultural Treasures》（岩波书店）。（关于丘吉尔画像的问题这里有详细记述）往后的VR的发展方向：现实感1.25倍理论关于现实性还有这样的故事。法国的浪漫主义画家西奥多·杰利柯有一幅代表作叫做《艾普森的赛马》（1821年），这幅画描绘了从叶森打吡大赛中飞奔而出的4匹马和骑在它们身上的骑手的跃动感，但是现实中的马是不会像画作中那样，在飞奔的时候把四肢同时伸得笔直的。英国的摄影家埃德沃德·迈布里奇有一组很有名的关于奔跑中的马的连续照片（1878年），我们对比一下就能马上明白。杰利柯是一位狂热的赛马爱好者，他不可能不知道这个事实，所以我们可以推断说，绘出现实中不存在的动作才会获得更多的现实性。法国浪漫主义画家西奥多·杰利柯的代表作《艾普森的赛马》（1821年）英国摄影家埃德沃德·迈布里奇并排使用了12台照相机所拍摄的一组连续照片1974年，62岁的时候获得芥川赏的作家森敦在他一篇名叫《死者之眼》的文章中提到，“当外部的实现和内部的现实互相连接的时候，就会产生现实性”。他还表示，“我们（感受的）现实性宣称倍率是一倍，但其实是一点二五倍的的现实性。”这篇文章收录在他的文集《意义的变化》之中。这也就是我们说的“现实性1.25倍理论”。这个理论是说，我们在通过倍率是1倍的镜子看东西的时候，它会比实际大小感觉要小；而如果需要让它感觉起来和实际大小是一样的话，我们就必需要使用1.25倍的，稍大倍率的镜子。这也就包括了我们在上面提到的杰利柯的绘画中“非真实的东西才会看起来真实”的这个真理。因为《月下》而获得芥川赏的作家森敦的书《意思的变化》（筑波文库） “现实性1.25倍理论”来自于其中的《死者之眼》这一篇文章另外我们还可以举一些更近的例子，比如说在搞笑艺人模仿别人的时候，为了展示模仿的真实性，会需要对被模仿对象加上一些夸张（这个扩张按照森敦的说法就是1.25倍），这样才会达到“很像”这样的真实性效果。这次我以“VR元年”这个关键词为契机，探讨了关于所有的科技和媒体原本就带有的“假想中的现实性”的倾向，同时也提出了对于人类来说，真实性到底是什么的一个问题。在我们看到恐怖谷理论和丘吉尔的轶事、包括杰利柯的画作、森敦的现实性1.25倍理论等等问题的时候，我们不得不去考虑，现实性到底是什么。大概接下来VR会有两个发展的方向吧。之一就是应用在医疗技术等等方面，这时我们需要由真实的，丝毫不少的精度来再现的假想现实；之二就是在娱乐世界中，比起真的真实，我们需要使我们感觉更加舒适的假想现实。VR可能会产生这样两种分化。VR的普及和深化，给了我们一个再次考虑真实性是什么的契机。“真实性是什么？”这决不仅仅是对现实的完全再现。对真实性的追求也属于我们人类的创造领域的一部分。
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