當虛擬現實(shí)全息頭盔成為現實(shí)，走進(jìn)你的生活，你會(huì )用他來(lái)干嘛？廢話(huà)，當然是拿來(lái)玩游戲咯。
現在輪到你進(jìn)入太空了?？酆妙^盔，你發(fā)現自己置身于氣閘艙中。身體輕輕地向前飄動(dòng)，氣閘艙門(mén)無(wú)聲地滑開(kāi)，前方是一間無(wú)重力絕塵室?？祜h到天花板時(shí)，你下意識地低了低頭，面罩外，你的雙手緩緩撐住天花板作為緩沖。又以游泳的姿勢穿過(guò)幾個(gè)房間后，你終于置身于太空中了。沒(méi)有地板，沒(méi)有墻壁，沒(méi)有天花板，只有冰冷、空虛、令人生畏的黑色虛空和四面八方的星辰，以及這個(gè)荒廢的太空站飄浮的殘片。
有那么一刻，你感到一陣驚慌失措，擔心自己會(huì )失去控制進(jìn)入永恒的黑暗。好在你不用為了生存而慌亂地尋找氧氣，你的生命并未受到真正的威脅。這種緊張氣氛大多是幻覺(jué)的產(chǎn)物。根源在頭盔上，那并不是航天服上的頭盔，而是Oculus Rift虛擬現實(shí)頭盔。本文開(kāi)頭的那段描述，來(lái)自第一批用該頭盔玩某款太空冒險游戲的用戶(hù)。
虛擬現實(shí)技術(shù)最早以“沉浸式電腦顯示”的面貌出現，該設想可追溯到20世紀60年代初。當時(shí)，美國攝影師莫頓·海利希創(chuàng )造了“拱廊體驗”，利用電影技術(shù)給觀(guān)眾營(yíng)造了游覽曼哈頓的想象之旅。他創(chuàng )造性地給座椅及扶手添加振動(dòng)功能，讓觀(guān)眾經(jīng)歷了一次妙趣橫生的三維旅行——當觀(guān)眾在車(chē)流中改變速度時(shí)，甚至風(fēng)速也跟著(zhù)改變。為進(jìn)一步增強現實(shí)感，汽車(chē)釋放的煙霧及路邊比薩店的氣味也會(huì )適時(shí)地釋放出來(lái)。這是第一次成功地創(chuàng )造了一種被動(dòng)式的虛擬現實(shí)體驗。1962年，莫頓·海利希為“體驗劇場(chǎng)”的傳感刺激器申請了專(zhuān)利，他也因此贏(yíng)得了“虛擬現實(shí)之父”的美譽(yù)。
在1965年的計算機圖形處理研討會(huì )上，時(shí)任美國國防部高級研究計劃署信息處處長(cháng)的伊凡·蘇澤蘭作了題為《終極顯示》的報告，提出用頭盔顯示裝置觀(guān)看計算機產(chǎn)生的虛擬圖像，從計算機顯示和人機交互的角度提出了模擬現實(shí)世界的思想。這個(gè)報告提出了虛擬現實(shí)技術(shù)實(shí)現的基本方案，因此被認為是虛擬現實(shí)技術(shù)的里程碑。1968年，蘇澤蘭發(fā)明了名為“達摩克利斯之劍”的虛擬現實(shí)頭盔設備，讓虛擬現實(shí)設備具有了一定的便攜性。此后，他的研究得到了美國軍方的贊助，人機交互技術(shù)開(kāi)始被用于航天員的操作訓練上。
20世紀80年代，個(gè)人電腦的興起引發(fā)了人們對家用小型虛擬頭盔的期待，有不少科幻小說(shuō)和科幻電影都涉及虛擬現實(shí)。雖然書(shū)籍熱銷(xiāo)、票房大賣(mài)，但實(shí)際產(chǎn)品仍不見(jiàn)蹤影。直到90年代，才出現了一些面向大眾的虛擬現實(shí)設備，如1991年，英國有一款名為“虛擬世界1000CS”的頭戴式設備，極其笨重，人們戴著(zhù)它就像罩著(zhù)一臺真空吸塵器一樣。90年代初，孩之寶公司花費5900萬(wàn)美元和三年多的時(shí)間開(kāi)發(fā)了名為“家庭虛擬現實(shí)系統”的控制臺和頭盔，后因市場(chǎng)反應不佳，不得不放棄這一項目。更多的時(shí)候，虛擬現實(shí)產(chǎn)品會(huì )因技術(shù)問(wèn)題而失敗。1996年，任天堂推出180美元的視頻游戲機Virtual Boy，但消費者認為三維圖形效果索然無(wú)味，虛擬現實(shí)頭盔只顯示單調的紅色，且分辨率低，目鏡震動(dòng)，用起來(lái)讓人頭暈目眩、腰酸背痛，最終Virtual Boy只賣(mài)出不到80萬(wàn)套。
過(guò)去幾十年，虛擬現實(shí)技術(shù)停滯不前的原因主要是計算、顯示和追蹤能力達不到要求。虛擬現實(shí)是計算資源密集型技術(shù)，家用電腦、手機和游戲機完全無(wú)法應對，導致這項技術(shù)不夠輕便。而且，由于缺乏高分辨率顯示技術(shù)和精準的頭戴式追蹤設備，虛擬現實(shí)技術(shù)難以創(chuàng )造栩栩如生的虛擬體驗。
不過(guò)，近年來(lái)隨著(zhù)高性能微處理器的突破，移動(dòng)寬帶技術(shù)的爆炸式發(fā)展和移動(dòng)傳感技術(shù)的進(jìn)步，虛擬現實(shí)技術(shù)正在大踏步前進(jìn)，硬件設備的重量越來(lái)越輕，效果越來(lái)越逼真，造價(jià)也更便宜。從軟件角度而言，家用虛擬現實(shí)設備已跨過(guò)了轉折點(diǎn)。
2012年，虛擬現實(shí)頭盔設備Oculus Rift通過(guò)眾籌網(wǎng)站融資240萬(wàn)美元。一年以后，Facebook就以23億美元巨資收購了開(kāi)發(fā)該頭盔的公司。除了電子游戲公司爭相與其合作，其他產(chǎn)業(yè)也迅速跟進(jìn)：電影《零點(diǎn)》是第一部專(zhuān)門(mén)為Oculus Rift頭盔拍攝的第一人稱(chēng)360度電影；搖滾樂(lè )隊“酷玩”不久前發(fā)布了現場(chǎng)演出的虛擬現實(shí)版；一家公司在橄欖球傳奇教練Mike Ditka的支持下啟動(dòng)運動(dòng)員虛擬現實(shí)訓練項目；福特的汽車(chē)工程師利用Rift檢驗新車(chē)設計的3D模型；萬(wàn)豪酒店推出了虛擬現實(shí)電話(huà)亭，潛在客戶(hù)足不出戶(hù)便可體驗環(huán)球之旅；美國國防部高級研究計劃署在防止網(wǎng)絡(luò )攻擊的網(wǎng)絡(luò )可視化工具中利用Rift頭盔?？傊?，虛擬現實(shí)技術(shù)可以在軍事訓練、醫療保健、在線(xiàn)教育等眾多領(lǐng)域一顯身手，但最直接的當屬價(jià)值千億美元的游戲產(chǎn)業(yè)，玩家們十分樂(lè )意以新奇的方式體驗游戲。
虛擬現實(shí)三原則
虛擬現實(shí)是一種多通道的人機交互接口，人們可以通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和加速度感等多種感覺(jué)通道感知計算機模擬的虛擬世界，也可以通過(guò)移動(dòng)、語(yǔ)音、表情、手勢及視線(xiàn)等最自然的方式和虛擬世界交互，從而產(chǎn)生身臨其境的體驗。
虛擬現實(shí)技術(shù)有三大原則性特征：沉浸感、交互性和想象性。
沉浸感 是指使用者可以全身心投入并沉浸在計算機生成的虛擬環(huán)境中，產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。使用者所見(jiàn)、所聽(tīng)、所聞、所觸完全與真實(shí)環(huán)境中感受的一樣，這是虛擬現實(shí)技術(shù)的核心特征。
沉浸感源自傳統的全景畫(huà)藝術(shù)，全景畫(huà)是最早的沉浸式作品。目前的沉浸式虛擬現實(shí)，也是依照全景畫(huà)的理念進(jìn)行的。以體育比賽轉播為例，電視觀(guān)眾雖然能夠享受特寫(xiě)、回放和不同鏡頭視角，但卻無(wú)法像體育場(chǎng)內的觀(guān)眾那樣輕松地切換視野。在電視直播的特寫(xiě)鏡頭里，中鋒帶球過(guò)人，向著(zhù)球門(mén)長(cháng)驅直入，可幾秒鐘后，一個(gè)后衛隊員闖進(jìn)鏡頭活生生把球攔下。電視觀(guān)眾由于視角所限，往往會(huì )詫異這個(gè)后衛是從哪兒冒出來(lái)的，但現場(chǎng)觀(guān)眾由于眼觀(guān)全局，完全不會(huì )有這樣的困惑。借助全景化的虛擬現實(shí)技術(shù)，觀(guān)看體育比賽轉播會(huì )變得更加身臨其境、全神貫注。
但人類(lèi)接收外部信息的方式是多元的，視覺(jué)只占全部信息來(lái)源的80%。傳統虛擬現實(shí)一般只提供視覺(jué)模擬，沉浸感較弱，可以很容易分辨現實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境。這就要用到多感知技術(shù)，即除了具有視覺(jué)感知或聽(tīng)覺(jué)感知之外，還有味覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)和運動(dòng)感知等。在理想狀況下，沉浸式虛擬現實(shí)技術(shù)應該具有人類(lèi)具有的一切感知功能，這樣才能使用戶(hù)真假難辨，全身心地投入虛擬環(huán)境中。
目前，已經(jīng)有人在研究欺騙味覺(jué)和嗅覺(jué)的方法，如一個(gè)日本團隊使用芳香擴散器來(lái)提升虛擬體驗中的嗅覺(jué)，將芳香油變成怡人的香味。這種體驗不久后能在一款美食虛擬現實(shí)應用中重現。據悉，該團隊將啤酒味、肉湯味、香料味和水果味的液體制成氣霧已經(jīng)獲得成功，眼下他們正在實(shí)驗用營(yíng)養酵母和香菇粉來(lái)讓仿制牛排，重現真牛排的風(fēng)味和鮮味。
倫敦城市大學(xué)的普適計算教授阿德里安·凱奧克更進(jìn)一步，他希望能夠擺脫化學(xué)手段，通過(guò)電子或磁性信號來(lái)刺激嗅覺(jué)和味覺(jué)。凱奧克制作了一種原型，通過(guò)電子方式在人腦中制造人工味覺(jué)。這是一塊簡(jiǎn)陋的電路板，有金屬部分伸出。把舌頭放在金屬部分上，通電后能明顯感覺(jué)到酸味——甜、咸和苦味還在開(kāi)發(fā)當中。電子化的氣味更有難度。感知氣味的嗅球位于鼻腔后部，探查起來(lái)會(huì )讓人不舒服。凱奧克打算在嘴里放一塊微型磁力線(xiàn)圈，制造脈沖磁場(chǎng)，產(chǎn)生電流，作用于嗅球。這種裝置可以設計成類(lèi)似護齒器那樣的東西。
電子味覺(jué)技術(shù)的突破可能會(huì )帶動(dòng)“電子食品”的開(kāi)發(fā)。屆時(shí)，人們將通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳播味道。如數字化音樂(lè )一樣，人們將使用技術(shù)來(lái)發(fā)明新的味道和全新的食品。
交互性 是指用戶(hù)與虛擬場(chǎng)景中各種對象相互作用的能力。用戶(hù)進(jìn)入虛擬環(huán)境后，通過(guò)各式傳感器與信息環(huán)境進(jìn)行交互，用戶(hù)進(jìn)行各種操作，虛擬環(huán)境會(huì )作出相應的響應，如拿起虛擬環(huán)境中的一只籃球，可以感受到球的重量，球扔在地上還會(huì )彈跳等。
3D視覺(jué)成像技術(shù)能夠讓人看到逼真的立體畫(huà)面，但卻留下了“可望而不可即”的遺憾。不久前，日本發(fā)布的一項3D觸覺(jué)技術(shù)則有望在將來(lái)讓虛擬現實(shí)變得“觸手可及”。 3D觸覺(jué)技術(shù)通過(guò)視覺(jué)圖像和戴在指尖的振動(dòng)裝置協(xié)同作用，欺騙人腦的感覺(jué)系統，使人產(chǎn)生切實(shí)觸摸到虛擬物體的錯覺(jué)。在按下虛擬“按鈕”的同時(shí)，用戶(hù)能感受到真實(shí)般的觸感。
目前，研發(fā)者已經(jīng)可以制作出硬幣狀、棒狀、筆狀或其他簡(jiǎn)單形狀的外部設備。未來(lái)，該項技術(shù)有廣泛的用途。例如，植入游戲控制器中，使玩家在游戲中作出推、拉、踢、打等動(dòng)作時(shí)，能夠親身感受到來(lái)自控制器的實(shí)際阻力，強化游戲體驗。此外，該技術(shù)還能在醫療等領(lǐng)域發(fā)揮作用，協(xié)助醫生進(jìn)行遠程遙控手術(shù)操作，或制作具備輔助導航功能的盲人手杖等。
另外一種交互性的應用，被稱(chēng)為“強化凝視”。研究表明，在課堂上，如果老師凝視著(zhù)學(xué)生，學(xué)生的心跳會(huì )加速，能記住更多授課內容。但是，同時(shí)與教室中的幾十位同學(xué)保持眼神交流是不可能的?，F在可以通過(guò)虛擬現實(shí)技術(shù)，將老師的虛擬化身顯示在每個(gè)學(xué)生的顯示屏上，每個(gè)學(xué)生都可以與虛擬老師的面孔進(jìn)行眼神互動(dòng)交流，覺(jué)得老師一直凝視著(zhù)自己。在過(guò)去15年中，美國斯坦福大學(xué)虛擬人機交互實(shí)驗室對幾百名學(xué)習者作過(guò)實(shí)驗。結果顯示，如果學(xué)生認為自己一直是老師目光的焦點(diǎn)，他聽(tīng)課會(huì )更認真，成績(jì)也會(huì )相應地得到提升。
想象性 是指通過(guò)用戶(hù)沉浸在“真實(shí)的”虛擬環(huán)境中，與虛擬環(huán)境進(jìn)行各種交互作用，從綜合集成的環(huán)境中得到感性和理性的認識，從而可以深化概念，萌發(fā)新意，產(chǎn)生認識上的飛躍。因此，虛擬現實(shí)不僅是一個(gè)用戶(hù)與終端的接口，而且可使用戶(hù)沉浸在此環(huán)境中獲取新的知識，提高感性和理性認識，從而產(chǎn)生新的構思。這種構思結果輸入到系統中去，系統會(huì )將處理后的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示或由傳感裝置反饋給用戶(hù)。如此反復，這是一個(gè)學(xué)習—創(chuàng )造—再學(xué)習—再創(chuàng )造的過(guò)程。
在電影《星際迷航》（2009）中，太空學(xué)校的少年們在虛擬的場(chǎng)景里上課。有了虛擬現實(shí)技術(shù)，物理老師講到重力時(shí)，可以讓學(xué)生在虛擬的月球和火星表面跳躍，真切地感受重力加速度與質(zhì)量的關(guān)系。在生物課上，如果學(xué)生要了解海底生物之間的關(guān)系，老師可以通過(guò)虛擬現實(shí)創(chuàng )造出一片海洋，讓孩子們在海底暢游，探索海底生態(tài)環(huán)境、地質(zhì)構造及洋流變化等?？傊?，虛擬現實(shí)技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習環(huán)境，如建造人體模型、太空旅行、化合物分子結構顯示等，在廣泛的科目領(lǐng)域提供無(wú)限的虛擬體驗，從而鞏固和加速學(xué)生學(xué)習知識的過(guò)程。主動(dòng)的交互與被動(dòng)的灌輸有本質(zhì)的差別，親身去經(jīng)歷、親身去感受，顯然比空洞抽象的說(shuō)教更具說(shuō)服力。利用虛擬現實(shí)技術(shù)，學(xué)?？梢越⒏鞣N虛擬實(shí)驗室，如地理、物理、化學(xué)、生物實(shí)驗室等，擁有傳統實(shí)驗室難以比擬的優(yōu)勢。
在虛擬現實(shí)的“想象性”上投入最多的當屬軍方。美國國防部認為，虛擬現實(shí)將在武器系統性能評價(jià)、武器操縱訓練及指揮大規模軍事演習三方面發(fā)揮重大作用。為此，他們設計了戰爭綜合演示廳計劃、防務(wù)仿真交互網(wǎng)絡(luò )計劃、綜合戰役計劃及虛擬座艙等應用環(huán)境，并在核武器實(shí)驗及許多局部戰爭中進(jìn)行了應用。
意想不到的未來(lái)
下一代虛擬現實(shí)技術(shù)不僅能用于家庭娛樂(lè )系統，還能廣泛應用于健康科學(xué)、金融服務(wù)和制造業(yè)領(lǐng)域，幫助人們應對慢性疼痛、避免工傷事故、完善退休儲蓄方案等。
斯坦福大學(xué)虛擬人機交互實(shí)驗室與斯坦福大學(xué)的麻醉學(xué)系合作，將患有慢性區域性疼痛綜合征的兒童置入虛擬仿真環(huán)境中，讓他們的大腦擺脫不愉快的理療和治愈方法。兒童使用“阿凡達”一樣的電腦生成的替身，來(lái)完成一些簡(jiǎn)單的活動(dòng)，比如戳氣球，以此轉移他們對身體痛苦信號的注意力。
華盛頓大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種類(lèi)似的療法，叫作“雪世界”。伴隨著(zhù)的音樂(lè )，病人可以在虛擬仿真環(huán)境中專(zhuān)注地向企鵝和乳齒象扔雪球，而不用想著(zhù)疼痛的傷口和灼熱的療法。研究顯示，這項技術(shù)非常有效，大大減少了強力麻醉藥和其他易于使人上癮的止痛藥的需求。
即便是在減少種族歧視這樣比較“軟”的人文社科領(lǐng)域，虛擬現實(shí)技術(shù)也有妙招。一個(gè)人走近一面鏡子，看到鏡中的自己是一名白人男性。這時(shí)，突然有人按下按鈕，鏡中的形象變成了一名黑人女性。這種虛擬化身與本體的不一致會(huì )給當事人的種族態(tài)度造成一定影響。在運用虛擬現實(shí)的世界里，如果你的化身是弱勢群體或殘障人士，你會(huì )體會(huì )到各種不便，也會(huì )更加了解這些人的不易。對這種角色的扮演會(huì )提升人們的同理心，而且人們在虛擬世界中更愿意幫助別人。
“虛擬宇宙”是尼爾·斯蒂芬森在1992年的科幻小說(shuō)《雪崩》里發(fā)明的名詞，目前正作為虛擬世界的通用名稱(chēng)而廣為流傳。隨著(zhù)虛擬現實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電腦構造的世界將更加逼真，從而導致人們更有可能過(guò)度使用虛擬現實(shí)，因此有人對通過(guò)虛擬現實(shí)技術(shù)來(lái)逃避現實(shí)表現擔心。但是，這種逃避真的有百害而無(wú)一利嗎？
其實(shí)，沒(méi)人能證明優(yōu)于現實(shí)人生的虛擬人生就一定是不好的。如果一個(gè)人可以通過(guò)沉浸式的虛擬世界來(lái)滿(mǎn)足他作為人類(lèi)的基本需求，誰(shuí)有權不讓他這么做呢？
斯坦福大學(xué)的心理學(xué)家伊萊亞斯博士認為，逃避現實(shí)是一種自然機制，雖然很多社會(huì )都對逃避現實(shí)持消極態(tài)度，但其實(shí)每個(gè)人都在一定程度上逃避現實(shí)。虛擬現實(shí)的魅力并不在于它能幫助我們完全脫離現實(shí)，而是在于它讓我們相信，我們能夠改變現實(shí)。從這一角度看，虛擬世界或許能為我們提供審視現實(shí)世界的新方法。隨著(zhù)虛擬現實(shí)技術(shù)的迅猛發(fā)展，它將為我們提供一個(gè)充滿(mǎn)無(wú)數奇跡和可能性的平行宇宙。
1984年，威廉·吉布森在其科幻代表作《神經(jīng)浪游者》中創(chuàng )造了“賽博空間”一詞。最初，吉布森將賽博空間描述為一種“同感幻覺(jué)”，是一個(gè)略帶貶義的概念。他認為，西方文化一直存在一種傾向，即精神比物質(zhì)更重要。吉布森預言，媒體將不斷融合并最終達到淹沒(méi)人類(lèi)的一個(gè)閾值點(diǎn)。賽博空間意味著(zhù)把日常生活排斥在外的一種極端狀況。有了這樣一個(gè)空間，人們可以把自己完全包裹在媒體中，再也不用關(guān)心真實(shí)世界的大事小情。隨著(zhù)虛擬現實(shí)技術(shù)和媒體技術(shù)的高速發(fā)展，這種亦幻亦真的未來(lái)仿佛不再遙遠。
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