文/高天寒

生活在虛擬的“別處”

文/高天寒

隨著計算機及圖形學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐漸走進了人們的日常生活，無形當(dāng)中改變著人們的生活和工作方式。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，使人們的思考和認(rèn)知如虎添翼，獲得了直觀的、全新的交互體驗，生活在虛擬的“別處”正在成為現(xiàn)實。

高天寒

東北大學(xué)交互式媒體與計算技術(shù)研究所所長

VR構(gòu)建多維信息空間

虛擬現(xiàn)實（英文全稱為Virtual Reality, 簡稱為VR），是指采用以計算機為核心的現(xiàn)代高科技手段生成的逼真的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助一些特殊的輸入/輸出設(shè)備，采用自然的方式與虛擬世界的人或物體進行彼此交互，相互影響，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺和體驗。

VR一詞由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾在20世紀(jì)80年代初提出，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計算機高級人機界面。它綜合利用了計算機圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。

VR是感官的延伸，其以沉浸性、交互性和想象性為基本特征，構(gòu)建了多維信息空間。其中，人在整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中具有主導(dǎo)作用。

從1956年具有多感官體驗的立體電影系統(tǒng)Sensorama被開發(fā)，VR技術(shù)已經(jīng)走過了60個年頭，1990年起進入快速發(fā)展和完善階段，與VR技術(shù)密切相關(guān)的計算機軟件、硬件系統(tǒng)迅速發(fā)展，推動了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用。

VR技術(shù)具備“3I”特性（見圖1）：交互性（Interactivity）、沉浸性（Immersion）和想象性（Imagination）。其中“交互性”和“沉浸性”這兩個特征是VR與其他相關(guān)技術(shù)（如三維動畫、科學(xué)可視化以及傳統(tǒng)的多媒體圖形圖像技術(shù)等）最本質(zhì)的區(qū)別。同時，這三個特性也突出了人在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用。

圖1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)特性

首先，人不只是被動地通過鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備和計算環(huán)境中的單維數(shù)字化信息發(fā)生交互，從計算機系統(tǒng)的外部去觀測計算處理的單調(diào)結(jié)果，而是能夠主動地沉浸到計算機系統(tǒng)所創(chuàng)建的環(huán)境中去，計算機將根據(jù)用戶的特定行為而不是接口設(shè)備的狀態(tài)來實現(xiàn)人機交互。

其次，人用多種傳感器與多維化信息系統(tǒng)的環(huán)境發(fā)生交互，即用集視、聽、嗅、觸等多感知于一體的、人類更為適應(yīng)的認(rèn)知方式和便利的操作方式來進行，以自然、直觀的人機交互方式來實現(xiàn)高效的人機協(xié)作，從而使用戶沉浸其中，使參與者有“真實”的體驗。

最后，人能像對待一般物理實體一樣去直接體驗、操作信息和數(shù)據(jù)，并在體驗中插上想象的翅膀，翱翔于這個多維信息構(gòu)成的虛擬空間中，成為和諧人機環(huán)境的主導(dǎo)者。

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，與VR技術(shù)相匹配的硬件、軟件產(chǎn)品及系統(tǒng)也在不斷地完善中。VR系統(tǒng)（見圖2）主要由虛擬環(huán)境產(chǎn)生器、人機接口設(shè)備和相應(yīng)的管理系統(tǒng)等組成。在實際應(yīng)用中，根據(jù)VR技術(shù)對沉浸程度的高低和用戶交互程度的不同，可以把VR系統(tǒng)劃分為4種類型：桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（Desktop VR）、沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（Immersive VR）、增強現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（Augmented Reality VR）、分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（Distributed VR）。

近年來，由于VR技術(shù)的實時三維空間表現(xiàn)能力、人機交互式操作環(huán)境以及其給人類帶來的身臨其境的感受，人們越來越認(rèn)識到它的重要性。當(dāng)前，VR技術(shù)在各行各業(yè)得到不同程度的發(fā)展，并且顯現(xiàn)出越來越廣闊的應(yīng)用前景。虛擬教育、數(shù)字醫(yī)療、虛擬城市、虛擬戰(zhàn)場……無一不是VR技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)行業(yè)正在發(fā)生革命性的改變，人類的工作和生活方式正在發(fā)生巨變。

圖2 虛擬現(xiàn)實體系結(jié)構(gòu)

全面升級生活體驗

教育領(lǐng)域：促進教育公平與效率

教育事關(guān)國家發(fā)展和民族未來。VR技術(shù)的出現(xiàn)，可以有效解決教育資源分配不均、教育成本高昂以及教育安全無法保障等現(xiàn)實問題。

一方面，利用VR技術(shù)，可以實現(xiàn)以前無法或很難實現(xiàn)的教學(xué)。比如，在醫(yī)學(xué)尤其是外科專業(yè)教學(xué)中，通常需要大量解剖實驗，由于人體器官往往成本高昂，并且實驗資源很難供應(yīng)，一般醫(yī)學(xué)院難以進行充足的解剖教學(xué)。而此項實驗又是培養(yǎng)醫(yī)科人才所必需的項目，這種現(xiàn)實矛盾嚴(yán)重制約了我國醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)計劃，并且一直找不到合適的解決途徑。隨著VR技術(shù)不斷成熟，其良好的沉浸性恰恰可以解決此類教育中資源短缺的問題。在實際教學(xué)過程中，通過VR技術(shù)建立逼真的人體模型，使用虛擬設(shè)備展現(xiàn)在學(xué)生面前，并在虛擬的場景中逼真地模擬現(xiàn)實中的教學(xué)操作。而且，虛擬模型可以重復(fù)多次利用，從根本上解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式下教育資源不足的難題，這也必將成為一種新的醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)模式。

另一方面，隨著政府對職業(yè)教育的大力推動，職業(yè)教育院校培育并為社會輸入了大量專業(yè)技能人才。同樣受限于教育資源，職業(yè)教育院校所培養(yǎng)的專業(yè)技能人才質(zhì)量參差不齊，尤其在一些高危工作領(lǐng)域。出于教學(xué)安全性考慮，學(xué)校往往無法進行實際技能教學(xué)，這為初入社會的高危工作從業(yè)者埋下了嚴(yán)重的安全隱患。現(xiàn)在，通過VR技術(shù)模擬各種現(xiàn)實中的工作場景并進行反復(fù)的技能教學(xué)，不但充分保證了師生的人身安全，而且能夠大幅提升教學(xué)質(zhì)量，保證學(xué)生在未來實際工作中遇到各種突發(fā)問題時沉著應(yīng)對，降低工作中的不安全因素。

城市規(guī)劃：讓規(guī)劃更科學(xué)合理

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各大城市也在經(jīng)歷著日新月異的變化。新的城市建設(shè)規(guī)劃至關(guān)重要，因為它直接決定了市民生活的便利性，以及城市發(fā)展的長期性和穩(wěn)定性。

運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合數(shù)字測繪技術(shù)，基于真實數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立虛擬城市模型，在虛擬場景中規(guī)劃設(shè)計城市建設(shè)，嘗試各種規(guī)劃方案，模擬運行規(guī)劃成果，可以保證決策的全面性和可靠性。而且城市規(guī)劃者可以擇優(yōu)選擇，從而保證規(guī)劃的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，節(jié)省人力、財力資源，推動城市建設(shè)的良性有序發(fā)展，最大限度造福市民。

醫(yī)療領(lǐng)域：數(shù)字化問診造福人民

由于醫(yī)療資源過度集中，偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們無法享受到良好的醫(yī)療診治，進而可能造成無法挽回的醫(yī)療悲劇。

面對這種情況，VR技術(shù)的運用可以在很大程度上改變這種狀況。借助于虛擬設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)通道，可以實現(xiàn)實時數(shù)字化問診。在虛擬場景中醫(yī)生可以形象直觀地對患者的癥狀進行了解，從而做出全面判斷。在利用現(xiàn)有醫(yī)療資源的基礎(chǔ)之上，有效提高了診斷準(zhǔn)確率，大大降低了誤診幾率，也使得偏遠(yuǎn)地區(qū)人們能夠享受到現(xiàn)代醫(yī)學(xué)所帶來的福音。

VR將在國民教育、健康醫(yī)療、電子商務(wù)和文化推廣等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，全方位升級人類的生活體驗。

電子商務(wù)：讓購物者身臨其境

電子商務(wù)如今滲入生活各個方面，網(wǎng)絡(luò)購物逐步成為人們購物首選。與此同時，VR技術(shù)正利用自身高科技特性為電子商務(wù)發(fā)展注入新的活力與能量。

目前最具代表性的產(chǎn)品當(dāng)數(shù)阿里巴巴集團旗下的“Buy+”項目，“Buy+”是利用TMC三維動作捕捉技術(shù)捕捉消費者的動作并觸發(fā)虛擬環(huán)境的反饋，最終實現(xiàn)虛擬場景中的互動。

簡單來說，用戶可以直接與虛擬世界中的人和物進行交互，甚至將現(xiàn)實生活中的場景虛擬化，形成一個可以互動的商品。基于VR技術(shù)良好的沉浸性和交互性，人們可以在購物時身臨其境，直觀了解商品屬性并判斷眼前的商品是否適合自己，甚至在虛擬的世界中試用商品，特別是在網(wǎng)購服裝等商品時。以往，網(wǎng)絡(luò)購物只能通過賣家圖片或視頻了解商品，不能保證買到的商品是否適合自己，只有收貨后才能判斷，而如果不適合還要進行退貨操作，這也是以往網(wǎng)購中的痛點所在。

VR技術(shù)的應(yīng)用將大大提高網(wǎng)購準(zhǔn)確性，從根本上打消網(wǎng)民顧慮，提高網(wǎng)購效率，為電子商務(wù)增添新的色彩。

文化推廣：讓文化更具魅力

VR在文化推廣方面大有可為。借助VR技術(shù)，可以為用戶提供豐富的視覺、聽覺、觸覺等感官體驗?zāi)M，使用戶進入一個由VR技術(shù)構(gòu)建的虛擬真實世界，獲得身在其中的感受，帶來文化展現(xiàn)和推廣方面的革新和突破。

2015年，《紐約時報》推出了面向智能手機和谷歌紙板頭盔的虛擬現(xiàn)實新聞客戶端，向用戶提供浸入式報道，其中包括紀(jì)錄片、新聞現(xiàn)場視頻等，有效增強用戶的新聞閱讀感受。

國內(nèi)的“數(shù)字敦煌”項目對洞窟進行VR虛擬漫游節(jié)目制作，對洞窟在一個或者多個視點上進行全景式360度拍攝，全方位記錄洞窟信息。而在敦煌壁畫的數(shù)字化制作過程中，將VR虛擬漫游技術(shù)及三維測量重建技術(shù)結(jié)合進來，實現(xiàn)洞窟的逼真再現(xiàn)，也使得敦煌藝術(shù)在保護和傳承之外，有了更為豐富的傳播渠道。

2016年，東北大學(xué)交互式媒體與計算技術(shù)研究所對已經(jīng)消失的寧夏“固原古城”進行了VR重現(xiàn)，人們可以通過佩戴VR頭盔重溫當(dāng)時絲綢之路重鎮(zhèn)的輝煌。

變革工作與協(xié)同方式

VR技術(shù)不僅將對人們的日常生活帶來巨大影響，還將變革人類的傳統(tǒng)工作與協(xié)作方式，大幅提升工作效率。

產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計：優(yōu)化研發(fā)效率

企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計，特別是一些高精密產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)成本往往高昂。設(shè)計完成后需要生產(chǎn)出產(chǎn)品模型供客戶驗收，如果發(fā)現(xiàn)問題就要改動設(shè)計并重新制造新的模型，周而復(fù)始，極大地浪費生產(chǎn)資源，也無形中增加了設(shè)計成本。

在此過程中，應(yīng)用VR技術(shù)可以構(gòu)造出完全基于現(xiàn)實設(shè)計的虛擬產(chǎn)品模型，并在虛擬場景中讓客戶試用。如果發(fā)現(xiàn)問題可以及時改進，并且可以重復(fù)利用產(chǎn)品模型進行操作直到客戶滿意為止，避免了重復(fù)制作產(chǎn)品模型的浪費，也在很大程度上縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期，降低了設(shè)計成本，達(dá)到雙贏局面。

另外，VR技術(shù)的應(yīng)用也能有效整合各種資源，快速分享設(shè)計成果，提高團隊協(xié)作效率。

建立虛擬場景的實驗環(huán)境，不但能夠減少設(shè)計研發(fā)成本，而且能夠突破一些設(shè)計資源瓶頸，保證充足實驗數(shù)量而不必計較成本增加，在根本上保證產(chǎn)品的可靠性。

總之，VR技術(shù)對促進高科技產(chǎn)業(yè)和制造業(yè)的快速發(fā)展有重要的意義。

人力資源培訓(xùn)：提升培訓(xùn)效果

隨著勞務(wù)市場規(guī)模不斷擴大，大量從業(yè)人員亟待培訓(xùn)。受制于培訓(xùn)資源規(guī)模有限，培訓(xùn)質(zhì)量難以保證，這為就業(yè)帶來了不穩(wěn)定因素。

借助VR技術(shù)可以構(gòu)建虛擬培訓(xùn)平臺，并通過虛擬設(shè)備實現(xiàn)身臨其境的培訓(xùn)效果。這突破了培訓(xùn)地點、培訓(xùn)場次和培訓(xùn)人員的限制，最大限度利用現(xiàn)有培訓(xùn)資源，提高培訓(xùn)質(zhì)量，最大化降低培訓(xùn)成本。

同時，由于VR技術(shù)良好的交互性，可以使原本枯燥難懂的知識變得形象具體，在真實數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立生動美觀的虛擬場景模型，以最直觀的方式展現(xiàn)在受訓(xùn)者面前，讓其真正沉浸到知識中，有效提升學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量，降低培訓(xùn)難度。

這種運用VR技術(shù)的虛擬培訓(xùn)平臺，對于各類企業(yè)培訓(xùn)，包括遠(yuǎn)程教學(xué)及個性化教學(xué)等，都可發(fā)揮巨大促進作用。

醫(yī)藥研發(fā)：讓研發(fā)更安全

一款新的藥物，從其研發(fā)到投入市場的過程中，需要進行大量人體實驗，需要大量志愿者從事試藥這項危險任務(wù)。而新的藥物在研制之初往往具有很大不確定性，無疑將對試藥志愿者的身體健康帶來不利影響。

利用VR技術(shù)模擬構(gòu)建真實人體模型，將藥物各項屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬人體中，全面分析各種現(xiàn)象，可以提早發(fā)現(xiàn)各種不穩(wěn)定因素，進而提前修改。在藥物數(shù)據(jù)達(dá)到一定安全標(biāo)準(zhǔn)后再進行人體試驗，可以有效保證志愿者的身體安全。

VR技術(shù)變革了人類工作與協(xié)作方式，在產(chǎn)品研發(fā)與設(shè)計、人力資源培訓(xùn)和醫(yī)藥研發(fā)等領(lǐng)域帶來巨大影響。

隨著VR技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域?qū)缪莞又匾慕巧?，在保障人類身體健康和疾病治療方面必將發(fā)揮更大的作用。

近年來，VR技術(shù)獲得了很大發(fā)展與突破，比如增強現(xiàn)實(Augmented Reality，AR)技術(shù)和分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以讓場景更加真實、交互更加自由。只是目前虛擬現(xiàn)實設(shè)備的價格還是太昂貴，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用還主要存在于科學(xué)研究和某些特定的商業(yè)領(lǐng)域。相信隨著VR技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備成本的降低，VR將逐步走向?qū)嵱没?、平民化?/p>

如今，VR技術(shù)與各領(lǐng)域的廣泛結(jié)合，未來前景十分廣闊，它不只可以有效地提升人們的生活體驗和工作效率，更可以激發(fā)人類的創(chuàng)造思維，點燃人們追求美好世界的夢想。

責(zé)任編輯：衛(wèi)麗紅