科普中國獨家策劃：虛擬現實帶你走近未來新世界

編者按：1月6日，一年一度的美國拉斯韋加斯國際消費電子產品展（CES 2016）正式拉開帷幕，本屆展會上，無人機和虛擬現實技術大放異彩，這從兩項技術展區面積的擴增上可見一斑。2016年內，一些廠商將紛紛推出以虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）、可穿戴設備等新技術為主的新產品，包括Facebook旗下Oculus Rift、三星Gear VR、索尼PlayStation VR以及HTC Vive等虛擬現實頭盔。作為熱門科技產業，虛擬現實吸引了科技愛好者的極大興趣，而VR技術也成為時下最能逼真塑造科幻版世界的前沿科技。「科技前沿大師談」特別推出「走近虛擬現實世界」系列精品視頻，帶讀者體驗虛擬現實的未來新世界。1月4日，在美國拉斯韋加斯消費電子展的媒體預展上，一名記者體驗最新3D頭手追蹤技術。2016年拉斯韋加斯消費電子展4日開始對媒體開放，6日正式開展。據介紹，此次展會的展位面積達創紀錄的22.3萬平方米，吸引了超過3600家廠商參展，報名人數超過15萬，其中4.5萬人來自國外，僅參會的記者就達到5000人。新華社記者楊磊攝2015年7月15日，參觀者在上海舉行的世界移動大會上參加駕駛虛擬實境體驗。新華社記者丁汀攝
夢境製造者虛擬現實技術大師談動畫版：夢境製造者虛擬現實技術
除了CES 2016這樣的世界頂級科技展，對普通大眾來說，虛擬現實似乎只能在科幻大片中才可看到，至今仍有很多人認為虛擬現實技術還是處於想象階段的未來技術。其實不然，虛擬現實技術如今已經發展的相當成熟。虛擬現實眼鏡、虛擬現實頭盔還有遊樂場里經常見到的虛擬現實體驗館等，虛擬現實技術已經實實在在的出現在人們的生活里。當前，這位「夢境製造大師」已經給我們的生活增添了許多炫酷的體驗，比如「虛擬購物」的出現。視頻：購物新體驗——虛擬購物
「虛擬購物」這種新穎的購物方式是將虛擬現實技術應用在電子商務領域的典型代表，它構建了一種接近現實場景的虛擬購物商店。顧客在這種虛擬的環境中如身臨其境，好像進入了一個真實的購物中心，在這裡人們可以隨意選擇自己喜愛的商品，更可以360度觀察商品，帶來一種直觀、全面的購物體驗。
虛擬現實技術的遊戲世界
與構建虛擬購物商店類似，如果將VR技術應用在遊戲中，玩家們將能在沉浸式的環境中獲得更逼真的互動體驗。時至今日，虛擬現實技術在遊戲領域的應用上，從最初的文字遊戲，到二維遊戲、三維遊戲，再到網路三維遊戲，遊戲在保持其交互性和實時性的同時，逼真度和沉浸感也正在一步步地提高和加強。可以說，電腦遊戲自產生以來，一直都在朝著虛擬現實的方向發展，虛擬現實技術發展的最終目標已經成為三維遊戲工作者的崇高追求。Facebook旗下公司Oculus近日宣布推出的虛擬現實頭盔Oculus Rift，售價為599美元，將於3月28日開始發貨。圖片來源：Oculus官網
那麼，在這些越來越豐富的電子遊戲領域中，虛擬現實究竟運用了哪些特殊的技術呢？首當其衝的便是體感交互技術，它實現了玩家利用身體或周圍物體的移動來操縱應用，從而可以完全擺脫傳統的滑鼠鍵盤和複雜的動作捕捉設備。其次，為了增強遊戲過程中的沉浸性與真實感，立體顯示技術與三維虛擬聲音生成技術、以及觸覺反饋技術，都是虛擬現實技術在遊戲中的幾項重要運用。視頻：虛擬現實技術在遊戲方面的應用
我們知道，視覺效果是電子遊戲機最重要的功能之一，因而顯示技術尤其是立體顯示技術，是電子遊戲機的重要支撐技術。為了增強遊戲過程中的沉浸性，當前虛擬現實遊戲機通常採用的顯示器，有台式立體顯示器和頭盔式顯示器兩種。台式立體顯示器的顯示屏幕上，會以一定的頻率交替來顯示生成的左右眼視圖，遊戲過程中用戶需要佩戴立體眼鏡，使左右眼只能看到屏幕上對應的相應視圖，最終在人眼視覺系統中形成立體成像。
在劉慈欣的科幻小說《三體》中，科學家汪淼穿上虛擬現實裝備進入三體遊戲世界的情境，想必給不少讀者留下深刻印象——在三體遊戲世界里，來在現實世界的汪淼以第一視角在茫茫乾涸之地上跋涉，與周文王及其追隨者一起向著商朝首都朝歌行進，這種遊戲過程中的沉浸體驗正是藉助VR頭盔得以實現。頭盔式顯示器是虛擬現實系統普遍採用的一種立體顯示設備，它通常安裝在頭部，在頭盔顯示器的屏幕上顯示圖像，VR頭盔通常由兩個顯示器分別向兩個眼睛提供圖像，兩個圖像存在微小差別，類似於「雙眼視差」。由於頭盔上安裝有頭部位置跟蹤裝置，該裝置還可以檢測用戶頭部的位置，然後將其傳送給計算機裝置，計算機能夠根據用戶頭部的運動實時顯示，改變用戶視野的三維視線範圍。VR頭盔的應用使電子遊戲機的「沉浸性」得到了增強，並豐富了電子遊戲機的表現力。2016年將上映的科幻電影《三體》中，科學家汪淼戴著虛擬現實頭盔，準備登錄三體遊戲。（電影劇照由游族影業提供）
當虛擬現實遇上傳統醫療
虛擬現實遊戲所具有的逼真互動性，給互動娛樂提供了新的可能性，沉浸式的環境也預告著新世紀娛樂形式的到來。看到這裡肯定有人會問，虛擬現實技術是不是只是一種娛樂技術？答案當然是否定的。在遊戲市場之外，虛擬現實技術在醫學、軍事航天、室內設計、工業設計、房產開發、文物古迹保護等領域都有廣泛的應用。
自虛擬現實技術誕生以來，研究人員一直在探求其在醫療領域內的運用。2003年，虛擬現實技術在世界範圍內價值近430億美元，較2002年增長了9.8%，其中，醫學和生物技術領域通過虛擬現實技術創造了87億美元。隨著技術的發展，最初的計算機輔助手術系統已經發展到可以針對不同的外科手術進行輔助規劃，由原來的導航、觀摩形式，發展成為可操作、可交互的虛擬模擬系統。視頻：當虛擬現實遇上傳統醫療
在手術培訓方面，虛擬現實系統可提供理想的培訓平台，受訓醫生可觀察高精度三維人體圖像，並通過力反饋設備摸擬觸覺，讓受訓者在切割組織時感受到器械的壓力，感覺就像在真實的人體上手術一樣。
而在臨床診斷方面，利用三維重建及虛擬現實技術已經開發出許多虛擬內窺鏡的軟體，可以使醫生的視線在病人體內甚至毛細血管中自由航行。這種動態的現實顯示對臨床診斷具有無比寶貴的價值。
軍事中的虛擬現實技術
1993年，Helsel與Doherty曾對全世界範圍內已經進行的805項VR研究項目作了統計，結果表明：VR在娛樂、教育及藝術方面的應用佔據主流，達21.4%，其次是軍事與航空達12.7%。由於虛擬現實技術可以在很大程度上解決真實作戰訓練中的許多實際問題，例如費用過高、危險、受真實環境的限制等，所以從一開始，虛擬現實技術便倍受各國軍方的青睞，從長遠來看，這也的確遠比實戰訓練划算。由此，自虛擬現實技術興起以來，美國就在研發和利用該技術中一直處於領先地位，從而使軍事為虛擬現實技術領域的變革和進步都做出了很大貢獻。視頻：虛擬現實在軍事領域中的應用
虛擬現實技術被應用在軍事領域中有許多顯著優勢，比如模擬虛擬戰場環境、單兵模擬訓練與評判、諸軍種聯合虛擬演習、進行指揮員訓練、武器系統設計與武器系統評估等。而在一些軍事或科幻題材電影中，虛擬戰場環境也常常被表現得科技感十足，它的實現方法就是通過三維戰場環境背景生成與圖像合成，創造一種險象環生、幾近真實的立體戰場環境，使演練者「真正」進入形象逼真的戰場。而現如今，美軍在研發和利用該技術中一直處於領先地位，與此同時，也在虛擬現實技術的軍事研究與開發上，未曾停下前進的腳步。
總之，經過半個多世紀的演進和積累，虛擬現實正處在抵達技術臨界點的前夜，在全球範圍內也正在掀起VR商業化普及化的浪潮。在VR技術構建的奇妙世界里，我們可以穿上模擬飛行裝置，從第一視角體驗鳥兒飛翔的感覺；可以為了挑戰極限、追求刺激，而去乘坐更為帶感的虛擬現實過山車；更可以藉助「無重力」模擬器體驗在太空站做宇航員的感受……而這一切都是虛擬現實技術帶給人類的新體驗。2016年被稱為VR產業爆發元年，在可見的未來，VR技術在消費、旅遊、醫療、體育等各個領域的運用將會越來越廣泛，與普通人的關係也會越來越緊密。
本文來源：「科普-科技前沿大師談」