虛擬現(xiàn)實技術(shù)-改變世界的技術(shù)

在此前閉幕的美國洛杉磯電子娛樂展覽會（又稱E3游戲展）上，微軟展示了一款名叫全息眼鏡的新產(chǎn)品，對虛擬與現(xiàn)實產(chǎn)生了巨大顛覆。在現(xiàn)場，一名佩戴全息眼鏡的員工通過手勢、語音在游戲《我的世界》中進行操作。游戲中如城堡、玩具等場景模型還可以立體呈現(xiàn)在任何物體的表面，比如桌面上。

    同時，對這些模型，這名員工甚至可以改變色彩、縮放尺寸，設計他想要的樣式，并通過全息眼鏡完成3D打印。這就是近年來大受青睞的虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)。作為一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境顯示技術(shù)，我國著名科學家錢學森曾將其翻譯為“靈境技術(shù)”，這一翻譯形象地指出其實質(zhì)——重建一個真實的世界，并且還要讓人能夠走進去。

    近年來，國外科技巨頭如谷歌、微軟等通過推出各類虛擬現(xiàn)實設備，攪動了整個科技圈，國內(nèi)相關設備如3Glasses、蟻視、暴風魔鏡等亦紛紛“亮劍”。分析人士表示，在未來5年內(nèi)，全世界虛擬現(xiàn)實設備的市場規(guī)模將達到300億美元，新科技革命的又一個“風口”正在形成。

    “與‘互聯(lián)網(wǎng)+’一樣，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是各行業(yè)都可以采用并助力自身發(fā)展的一項重要技術(shù)�！痹谥袊�工程院院士、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室主任趙沁平看來，如今，虛擬現(xiàn)實的基本概念和基本實現(xiàn)方法已經(jīng)初步形成，下一步，虛擬現(xiàn)實＋X（應用領域）將成為一種新趨勢，進入“+時代”。

    巨頭聚焦 運用廣泛

    正如科技公司一直所承諾的“將未來呈現(xiàn)在我們眼前”的誓言，微軟此次發(fā)布的全息眼鏡擁有一種透明鏡片，透過它，你除了可以看見自己生活的世界，同時還能看到3D物體漂浮于半空中，墻上懸掛著虛擬屏幕，各種虛擬生物正在臥室胡作非為……

    醫(yī)學院學生只要戴上頭盔和特質(zhì)的手套，就可以練習給虛擬病人做手術(shù)；傘兵不必再冒著生命危險練習跳傘，戴上頭盔在鼓風機室里面就可以學習各種技巧；室內(nèi)裝潢設計也不必再紙上談兵，戴上頭盔在家里遛一圈就知道滿不滿意……虛擬現(xiàn)實技術(shù)的創(chuàng)新者宣稱，將來大部分需要人與人之間進行實地交流的場景，都可以由這些設備接管。

    微軟不是虛擬現(xiàn)實領域唯一的潛伏者，從社交網(wǎng)絡巨頭臉書去年豪擲23億美元收購虛擬現(xiàn)實頭盔設備制造公司OculusVR開始，谷歌、三星、索尼等巨頭在這一領域布局的步伐正逐步加快。

    國內(nèi)潛心虛擬現(xiàn)實技術(shù)的創(chuàng)新者也不在少數(shù)。如3Glasses、蟻視、暴風魔鏡等國內(nèi)虛擬現(xiàn)實領域的探索者們，正在不遺余力地進軍開拓虛擬現(xiàn)實的“秘境”。

    除了潛伏者，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還迎來許多新的青睞者。例如，汽車廠商正將其運用到產(chǎn)品體驗中。在紐約國際車展上，豐田公司在自己的車輛中內(nèi)置了OculusRift虛擬現(xiàn)實頭盔。當戴上頭盔模擬駕駛時，試乘者會感覺自己如同置身于真實的城市街道中一樣。

    在裝備制造領域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)有著廣泛應用。如果按照傳統(tǒng)的圖紙設計方式，零件總數(shù)高達300萬件以上的波音777，需要7000余名各類專業(yè)設計人員組成200多個產(chǎn)品綜合研制小組同時工作。然而，在虛擬現(xiàn)實的三維模型仿真技術(shù)的幫助下，波音777的設計錯誤修改量較過去減少了90%，研發(fā)周期縮短了50%，成本降低了60%。

    在軍事領域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也不斷受到軍方重視。例如，美軍正在使用的F-15全任務模擬系統(tǒng)，能夠模擬F-15戰(zhàn)斗機99%的飛行任務，既有起落、失速、螺旋、特技、夜航等技術(shù)訓練，也有火力控制、編隊飛行、對地攻擊和空戰(zhàn)機動等戰(zhàn)術(shù)訓練內(nèi)容。

    系統(tǒng)搭配 “以假亂真”

    那么，號稱“幾乎能模擬一切”的虛擬現(xiàn)實技術(shù)究竟是怎么做到的？總結(jié)來說，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要通過顯示系統(tǒng)、聲音系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)來模擬外部世界對人類感官的刺激和輸入，達到“以假亂真”的目的。

    首先是顯示系統(tǒng)。通過所佩戴頭盔上自帶的雙眼分屏顯示模塊，三維視覺效果得以成功“迷惑”我們的眼睛。這個原理和現(xiàn)在的3D電影類似，但技術(shù)難度更高更復雜，現(xiàn)行的各式虛擬現(xiàn)實可戴式設備中，往往內(nèi)置了一臺高精度高響應能力的定位定向陀螺儀，配以高速三維場景計算系統(tǒng)，力圖實現(xiàn)頭部活動和眼前畫面無縫銜接。

    其次是聲音系統(tǒng)。現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實聲音系統(tǒng)，依靠先進的數(shù)字信號處理技術(shù)和發(fā)聲裝置制造工藝，將定位、音色、聲場等細節(jié)復原得淋漓盡致。

    再就是反饋系統(tǒng)。舉個例子，我們要模擬端起一杯水，如果伸手去端時，手卻一下子穿過了杯子——瞬間感覺被騙了。反饋系統(tǒng)正是為了增加這種觸感而產(chǎn)生：當我們戴上“反饋手套”去端杯子時，手套就會在接觸“杯子”的一瞬間產(chǎn)生皮膚壓力，真實性就大大增強了。

    要做到這些還有一個基礎問題，那就是網(wǎng)速。4年前，一個國際專家小組就已實現(xiàn)廣域網(wǎng)絡中雙向每秒186GB傳輸，這相當于每天傳輸200萬GB信息。

    現(xiàn)今，美國、中國、日本、歐盟和俄羅斯都在投入巨資研究超級計算機。據(jù)預測，到2020年，最強超算的速度比今天最強超算至少快1000倍，網(wǎng)速將得到極大提升突破，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的系統(tǒng)模擬顯示將會做得更出色。

    目標宏大 難點待解

    從1962年人們將頭伸進首個虛擬現(xiàn)實設備“體驗劇場”，整個過程好像把頭埋進箱子里看西洋景，到未來如《黑客帝國》描繪的將計算機連接到人們大腦的虛擬世界，或者像《星際迷航》里，計算機通過能量場及可視技術(shù)為人們創(chuàng)建可感知的世界，這段距離究竟有多長？或者更緊迫地說，我們什么時候能夠丟掉這個難看而笨重的“頭盔”？

    事實上，各國及相關組織一直在努力。早在2013年，歐盟委員會宣布實施“人腦工程”，利用超級計算機來實現(xiàn)世界上對完整人類大腦的首次模擬。同年，美國政府發(fā)布“推進創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃”（俗稱“腦計劃”，即通過采集人腦的動靜態(tài)數(shù)據(jù)來構(gòu)造人腦模型，虛擬人腦）。同時，美國達拉斯?jié)h森機器人技術(shù)公司也發(fā)起了一個“阿波羅大腦計劃”，力求到2019年能讓機器人版“阿凡達”的人工智能達到真人一樣的水平。目前科學家在人工智能研究方面取得的最大成績是造出智力水平僅相當于一歲兒童的機器人。

    英國科學家則在研究通過備份大腦的方式讓人類實現(xiàn)網(wǎng)絡化永生。其目標是，在未來20年內(nèi)，人們只需要一個方糖大小的電腦裝置，就可以完整地備份人類每一秒鐘的思維和記憶。終極目標是要創(chuàng)造一種人性化、有意識的機器人化身，使人自己或化身實現(xiàn)永生。

    這方面，我國較早就將虛擬現(xiàn)實技術(shù)納入國家科技發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃。據(jù)趙沁平介紹，2006年，我國政府發(fā)布《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要2006-2020年》，虛擬現(xiàn)實技術(shù)即是信息領域優(yōu)先支持的三大前沿技術(shù)之一。

    然而，要最終實現(xiàn)這些宏偉目標，綜合來看，目前還有幾道坎。

    其一，全息建模。創(chuàng)造世界是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的終極應用。但是要實現(xiàn)這個目標，每一個細小物品的建模所產(chǎn)生的工作量和時間成本都是巨大的。這方面，3D打印技術(shù)如何在現(xiàn)有基礎上實現(xiàn)更大突破是關鍵之所在。

    其二，感觀反饋。一個終極的虛擬現(xiàn)實世界，需要讓人可以產(chǎn)生真實的觸覺、聽覺等感覺。人類行走在虛擬現(xiàn)實世界中的每一步，每一個動作，看到的東西，摸到的感覺，甚至聞到的氣味，聽到的聲音，都將是未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)需要攻克的關鍵節(jié)點。

    其三，學科交叉。理論上來說，一個虛擬現(xiàn)實世界可以無限大，在技術(shù)上需要實現(xiàn)在有限空間內(nèi)走遍無限空間的目的，這其實已經(jīng)進入了神經(jīng)科學的范圍，即如何讓人的五官產(chǎn)生感知錯覺，并利用這種錯覺來實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實世界的互動。

    要做到這些，除了作為基礎的計算機學科、數(shù)學、心理學、社會學等都會被納入。而這種“造夢”對人的神經(jīng)損害程度有多嚴重？會不會讓人在真實現(xiàn)實世界里產(chǎn)生幻覺？這些問題都需要在未來小心解答和防范。

    終極狀態(tài)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)意味著人類嘗試進入“上帝禁區(qū)”，最終或?qū)⒏淖冋麄�世界的基礎。對這一切，我們期待它，同時帶著敬畏之心。