论文部分内容阅读
近日，人类世界混进了—位叫做“VR”的超人气主角，它不仅出现在了高考试卷中，据说还可以帮助截瘫患者恢复身体知觉，重新体验脚踏实地的感觉。作为一只物理系毕业的喵，今天俺就来好好给你们讲讲VR这个“东东”吧。
电子“艺术”作品
“虚拟现实”（英文缩写VR）的概念出现了有三四十年了，可以说是伴随着电子和信息科技而发展起来的，它的主要特征是用信息技术构造一个“仿佛能感受到”的空间。利用拍摄、录音等手段记录真实场景，再数字化播出的三维大片之类，大多不符合VR的概念，不过三维影音播放技术算是VR的一部分硬件基础。发展到现在，VR已经成为多技术综合体，包括实时三维图像，宽视野立体显示，对观察者头、眼和手的跟踪，触觉和力反馈，立体声，网络传输，电子语音及语音识别等，可以说是全面的人机交互与环境构成，几乎可以做到“身临其境”（哪怕你想体验一下变身成我们“喵星人”，也不是没可能）。
VR的关键是数字化环境，主要是视听建模和渲染。很多软件能做这种工作，但VR需要高速度——人的最短反应时间大约是0.1秒（猫要快一些，喵），只有在这么短的时间内完成计算，并把结果反馈出来才能达到VR的效果。但这需要极强的计算力，还好现在有每秒10亿亿次运算速度的超级计算机，就算是“喵星人”的反应也是能跟得上的。
高科技的“欺诈”
计算生成的图像和声音等只存在于电脑里，要让人感受到需要人机接口，最关键的是三维显示，因为据说人类80%的信息感知来源于视觉。作为一种猎杀生物，长达百万年的进化让人类拥有了立体视觉。有个小实验可以演示这种本能：找个距离稍远的立体目标，比如家里的衣柜，闭上一只眼睛看它，然后马上换另一只，会感觉到它有轻微移动对不对？这不是你视力有问题，而是由于双眼间的一定间隔使你能看到立体目标的不同侧面，从而测出你到它的距离。VR则是反过来，它利用立体视觉，通过给双眼提供略有不同的图像来让你得到空间感和立体感。现在市面上卖的各种立体眼镜就是最基础的VR接口。注意，由于这种差异图像是计算出来后强行“灌输”的，并不完美，变动也会比较突然，看久了往往容易眩晕。看真实物体也有类似情况，有些恐高的人其实就是因为无法对俯视目标准确测距。顺便告诉大伙儿一个秘密，猫的测距能力没有人们通常认为的那么好，往往爬到树上就判断不了真实高度不敢下来，需要消防员叔叔来搭救。
现在的三维视觉有多真实？人类测试过头戴虚拟设备上下楼梯，并且成功了，但专家不建议经常这样尝试。
视觉并不足够
即使有完美的三维显示，仍然很难避免眩晕，因为虽然看到了“距离”和“立体”，但身体并没有动，也没有东西真的迎面扑来，你的体感和触觉在告诉你这是假的，你被“骗”了。为了更进一步提高真实性，需要用对眼睛或头部的运动进行动态跟踪，同时提供包括听觉、触觉等全面的反馈。
听觉“虚拟”和视觉类似，通过演算声波传递数据，逐层还原成“假如”站在某处将能听到的音频，再由立体声播放或者耳机输出。人会转动头部寻找声音来源，配合类似三维视觉的运动传感器，虚拟听觉也可以跟随人运动，不过目前很难做到完美。当然人的听觉敏感度一般，糊弄一下也就过去了，如果是咱们猫可没那么容易被骗，因为猫寻找声源会首先转动耳朵。（顺便说一句，耳机压住猫耳可真难受！）
触觉的虚拟需要穿戴式设备和精密的力输出，以便通过力反馈获得真实的“接触感”。制造这些设备的成本和使用它们的复杂性很高，现在还处于试验阶段，有专家表示大概五年后能广泛应用，但他们不止五年前就如此宣称了。同时不是所有触觉和体感都能原地模拟，比如下坠时的失重就不行，喜欢跳跃的猫对这种感觉可是非常非常熟悉。
嗅觉和味觉也能虚拟，它们依赖于适当化学物质的散播，所以不易调整，如果没有特别需求，目前多数场合还是忽略这两项的。
语音对话其实不能算VR，更接近于人机交互界面，通过音频采集合成等手段，电脑现在能发出近似完美的语音，包括唱歌，但听取自然语言的识别能力就比较差了。不过总比咱猫强得多，俺也想要个电脑帮忙说话，喵……
过于复杂的系统和技术不完美使得通过设备虚拟获得的感觉和真实总有那么点微妙的不协调，甚至有人认为过度使用VR将对大脑的感觉信号处理机能产生不良“训l练”，导致在真实世界里出现平地摔之类的恶性后果。也许以后直接利用神经信号、脑电波之类的输入输出能解决这些问题，或者不解决也没什么，就给人们留点走出房间，切身体验大自然的理由也好。
“虚拟”什么？
既然做不到完全真实，那应该“虚拟”什么？可以说没有确定的答案。毕竟人各有所好，有人爱山，那不妨用虚拟设备跟随登山队来一次巅峰体验；有人乐水，也一样可以随着数据流沉入大堡礁深海，就算想到马里亚纳海沟也没关系，反正设备不会室息也不会被11000多米的水压挤垮——如果连这都模拟出来了，真实度倒是高了，但感受估计反而不好。
从商业化的角度，VR体验作为一种低成本、高灵活性的展示方式已得到应用，如VR看房、VR装修、VR试衣等，军事上也有人用VR进行射击、驾驶等模拟训练。
至于俺的选择？作为一只“喵星人”，俺的梦想当然是乘宇宙飞船回到“喵星”，现实里做不到就在VR里沉浸于星空好了，喵……
电子“艺术”作品
“虚拟现实”（英文缩写VR）的概念出现了有三四十年了，可以说是伴随着电子和信息科技而发展起来的，它的主要特征是用信息技术构造一个“仿佛能感受到”的空间。利用拍摄、录音等手段记录真实场景，再数字化播出的三维大片之类，大多不符合VR的概念，不过三维影音播放技术算是VR的一部分硬件基础。发展到现在，VR已经成为多技术综合体，包括实时三维图像，宽视野立体显示，对观察者头、眼和手的跟踪，触觉和力反馈，立体声，网络传输，电子语音及语音识别等，可以说是全面的人机交互与环境构成，几乎可以做到“身临其境”（哪怕你想体验一下变身成我们“喵星人”，也不是没可能）。
VR的关键是数字化环境，主要是视听建模和渲染。很多软件能做这种工作，但VR需要高速度——人的最短反应时间大约是0.1秒（猫要快一些，喵），只有在这么短的时间内完成计算，并把结果反馈出来才能达到VR的效果。但这需要极强的计算力，还好现在有每秒10亿亿次运算速度的超级计算机，就算是“喵星人”的反应也是能跟得上的。
高科技的“欺诈”
计算生成的图像和声音等只存在于电脑里，要让人感受到需要人机接口，最关键的是三维显示，因为据说人类80%的信息感知来源于视觉。作为一种猎杀生物，长达百万年的进化让人类拥有了立体视觉。有个小实验可以演示这种本能：找个距离稍远的立体目标，比如家里的衣柜，闭上一只眼睛看它，然后马上换另一只，会感觉到它有轻微移动对不对？这不是你视力有问题，而是由于双眼间的一定间隔使你能看到立体目标的不同侧面，从而测出你到它的距离。VR则是反过来，它利用立体视觉，通过给双眼提供略有不同的图像来让你得到空间感和立体感。现在市面上卖的各种立体眼镜就是最基础的VR接口。注意，由于这种差异图像是计算出来后强行“灌输”的，并不完美，变动也会比较突然，看久了往往容易眩晕。看真实物体也有类似情况，有些恐高的人其实就是因为无法对俯视目标准确测距。顺便告诉大伙儿一个秘密，猫的测距能力没有人们通常认为的那么好，往往爬到树上就判断不了真实高度不敢下来，需要消防员叔叔来搭救。
现在的三维视觉有多真实？人类测试过头戴虚拟设备上下楼梯，并且成功了，但专家不建议经常这样尝试。
视觉并不足够
即使有完美的三维显示，仍然很难避免眩晕，因为虽然看到了“距离”和“立体”，但身体并没有动，也没有东西真的迎面扑来，你的体感和触觉在告诉你这是假的，你被“骗”了。为了更进一步提高真实性，需要用对眼睛或头部的运动进行动态跟踪，同时提供包括听觉、触觉等全面的反馈。
听觉“虚拟”和视觉类似，通过演算声波传递数据，逐层还原成“假如”站在某处将能听到的音频，再由立体声播放或者耳机输出。人会转动头部寻找声音来源，配合类似三维视觉的运动传感器，虚拟听觉也可以跟随人运动，不过目前很难做到完美。当然人的听觉敏感度一般，糊弄一下也就过去了，如果是咱们猫可没那么容易被骗，因为猫寻找声源会首先转动耳朵。（顺便说一句，耳机压住猫耳可真难受！）
触觉的虚拟需要穿戴式设备和精密的力输出，以便通过力反馈获得真实的“接触感”。制造这些设备的成本和使用它们的复杂性很高，现在还处于试验阶段，有专家表示大概五年后能广泛应用，但他们不止五年前就如此宣称了。同时不是所有触觉和体感都能原地模拟，比如下坠时的失重就不行，喜欢跳跃的猫对这种感觉可是非常非常熟悉。
嗅觉和味觉也能虚拟，它们依赖于适当化学物质的散播，所以不易调整，如果没有特别需求，目前多数场合还是忽略这两项的。
语音对话其实不能算VR，更接近于人机交互界面，通过音频采集合成等手段，电脑现在能发出近似完美的语音，包括唱歌，但听取自然语言的识别能力就比较差了。不过总比咱猫强得多，俺也想要个电脑帮忙说话，喵……
过于复杂的系统和技术不完美使得通过设备虚拟获得的感觉和真实总有那么点微妙的不协调，甚至有人认为过度使用VR将对大脑的感觉信号处理机能产生不良“训l练”，导致在真实世界里出现平地摔之类的恶性后果。也许以后直接利用神经信号、脑电波之类的输入输出能解决这些问题，或者不解决也没什么，就给人们留点走出房间，切身体验大自然的理由也好。
“虚拟”什么？
既然做不到完全真实，那应该“虚拟”什么？可以说没有确定的答案。毕竟人各有所好，有人爱山，那不妨用虚拟设备跟随登山队来一次巅峰体验；有人乐水，也一样可以随着数据流沉入大堡礁深海，就算想到马里亚纳海沟也没关系，反正设备不会室息也不会被11000多米的水压挤垮——如果连这都模拟出来了，真实度倒是高了，但感受估计反而不好。
从商业化的角度，VR体验作为一种低成本、高灵活性的展示方式已得到应用，如VR看房、VR装修、VR试衣等，军事上也有人用VR进行射击、驾驶等模拟训练。
至于俺的选择？作为一只“喵星人”，俺的梦想当然是乘宇宙飞船回到“喵星”，现实里做不到就在VR里沉浸于星空好了，喵……