虛擬現實：想象世界的建造者

虛擬現實技術被視為當前全球科技界公認的一大“風口”。在今年年初的美國拉斯韋加斯國際消費電子產品展上，無人機和虛擬現實技術大放異彩。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。專家預測，2016年將成為國內虛擬現實產業爆發的元年。

夢境制造者

——虛擬現實技術

虛擬現實，這樣高大上的名字，似乎只能在科幻大片或者世界頂級科技展中才可以看到。至今仍有很多人認為虛擬現實技術還是處于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得相當成熟，如虛擬現實眼鏡、虛擬現實頭盔，還有游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地出現在人們的生活里。一定有人會問，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。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、文物古跡保護等領域都有廣泛的應用。虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，使用戶沉浸到該環境中，是一種多元信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為的仿真系統，是觀察者頭、眼和手的跟蹤技術，以及觸覺、力覺反饋、立體聲、網絡傳輸、語音輸入輸出技術等各種前沿科學技術交叉發展的產物。它的主要特點是多感知性、存在感、交互性、自主性。雖然近年來虛擬現實技術發展非常迅速，但還是有一些不成熟的方面，如佩戴虛擬現實設備很容易讓人產生疲勞，操作不當會對人的眼睛等感覺器官造成傷害。科學在發展，技術在進步，由于虛擬現實技術有著巨大的市場潛力，很多高科技公司都投入到虛擬現實技術及其設備的研發當中，過不了多久，這位“夢境制造大師”肯定會為我們創造出更多神奇的虛擬世界和最舒適炫酷的體驗。

購物新體驗

——虛擬購物

隨著網絡技術的不斷成熟，電子商務也在悄然興起，它的出現和發展使得人們的日常生活和工作方式發生了巨大變化。然而，傳統的電子商務購物平臺在購物體驗方面卻顯得不夠直觀，顧客只能在商家的網頁上看到固定的文本介紹和商品的靜止圖片，這些信息非常有限，顧客無法根據自己的要求從任意角度去觀察物品，有時這些信息根本無法全面地展示一件商品，既缺少了顧客與商品的交互性，又從另一方面限制了電子商務的發展。

虛擬購物的出現恰恰彌補了這一缺陷。虛擬購物系統在Windows環境下，運用VRML語言編寫，建立模型和腳本處理，部分復雜模型導入3DSMAX模型、HTML頁面消息處理，工具采用VrmlPad編輯器，系統功能組成模塊包括：登陸模塊、漫游模塊、商品信息模塊、展示牌模塊、廣告牌模塊、音頻播放模塊。通過這些功能模塊實現了一種新穎的購物方式，將虛擬現實技術應用在電子商務領域，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，在這里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。

在現代社會經濟科技高速發展的大背景下，互聯網已經融入社會的各個領域中，給人們的生活與工作帶來了極大的便利。與此同時，人們對網絡的依賴也越來越強烈，網絡正在不知不覺中改變著人們的生活狀態和生活方式。作為新型購物方式與時尚生活方式之一的虛擬購物，也正隨著互聯網的普及而發展，成為賽博空間中又一重要領域，受到了包括經濟學家和社會學家在內的廣大學者以及社會不同群體的關注。

虛擬現實技術的游戲世界

時至今日，虛擬現實技術在游戲領域的應用，從最初的文字游戲，到二維游戲、三維游戲，再到網絡三維游戲，游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，電腦游戲自產生以來，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游戲工作者的崇高追求。

那么，電子游戲領域中虛擬現實究竟運用了哪些特殊的技術呢？最普遍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鼠標鍵盤和復雜的動作捕捉設備。用戶通過利用自己的身體或自己周圍物體的移動來操縱應用，對虛擬現實應用來說，大大降低了使用門檻，擴大了虛擬現實應用的范圍，增加了虛擬現實表現的真實感，帶來了一次全新的革命。

在這樣的體感游戲中，所用到捕捉人體動作的方式也有多種，常見的就是使用一個或多個攝像頭來捕捉用戶的姿勢，或利用用戶移動來控制屏幕上的任務。在計算機系統中，一般裝有相應的軟件對攝像頭捕捉的圖像進行深度圖像處理和骨架跟蹤，可以利用多達15個捕捉節點識別到人體關節點位置信息來追蹤人體的動作，并將這些動作反饋到計算機中進行交互；有時還可以通過佩戴有特殊色彩的輔助裝置來增強檢測效果；也可以通過檢測用戶手中安裝有各類傳感器和無線發射裝置的手持設備，接受手持設備的信號來識別人體動作，并將其轉換成游戲軟件中所需的控制命令來更好地控制游戲中的虛擬世界。

其次，為了增強游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游戲中的幾項重要運用。

視覺效果是電子游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，是電子游戲機的重要支撐技術。為了增強游戲過程中的沉浸性，當前虛擬現實游戲機通常采用的顯示器，有臺式立體顯示器和頭盔式顯示器兩種。臺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，游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游戲世界的情境，想必給不少讀者留下深刻印象，這種游戲過程中的沉浸體驗正是借助VR頭盔得以實現。頭盔式顯示器是虛擬現實系統普遍采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，類似于“雙眼視差”。由于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，然后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范圍。VR頭盔的應用使電子游戲機的“沉浸性”得到了增強，并豐富了電子游戲機的表現力。

對于電子游戲而言，聲音輸出與圖像顯示一樣重要，三維虛擬聲音與人們熟悉的立體聲音不同，三維虛擬聲音能使用戶感受到聲音是來自圍繞雙耳的一個球形中的任何地方，即聲音可能出現在頭部的上方、前方或后方。三維虛擬聲音的應用使用戶能夠準確地判斷出聲源的精確位置，符合人們在真實環境中的聽覺方式，增強了游戲的真實感。

最后，觸覺反饋也是一項重要的被運用在游戲中的虛擬現實技術。觸覺反饋是指在人機交互的過程中，計算機對操作者的輸入做出響應，并通過觸覺反饋設備，作用于操作者的游戲過程。

當虛擬現實遇上傳統醫療

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范圍內價值近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、可交互的虛擬仿真系統。

在手術培訓方面，虛擬現實系統可提供理想的培訓平臺，受訓醫生可觀察高精度三維人體圖像，并通過力反饋設備模擬觸覺，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件，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。

虛擬現實利用特定的交互工具，如感傳手套和數字頭盔，模擬真實操作中的虛擬環境，用戶在操作過程中有身臨其境的感覺，可以廣泛地應用于手術培訓、手術預演、臨床診斷、遠程干預、醫學教學等各個環節，為醫療技術的發展帶來極大的便利。

虛擬現實，數不盡的應用領域

你聽說過虛擬軍事嗎？它就是虛擬技術在軍事領域的應用。虛擬軍事就是指利用虛擬仿真技術進行模擬戰局、戰略、戰術的方法。利用虛擬現實技術，根據偵察情況資料合成出戰場全景圖，讓受訓指揮員通過傳感裝置觀察雙方兵力部署和戰場情況，以便判斷敵情，定下作戰策略。虛擬現實技術可以在很大程度上解決真實作戰訓練中的費用過高、危險、受真實環境限制等許多實際問題，所以倍受各國軍方的青睞。

如今，美軍在研發和利用該技術中一直處于領先地位，與此同時，我國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。

虛擬現實技術在室內設計方面的應用，概括來講，就是它利用3D全景、環境建模等多項技術，以視覺形式反映了設計者的思想。比如裝修房屋之前，你首先要做的事情是對房屋的結構、外形做細致的構思，為了使之量化，你還需設計許多圖紙。當虛擬現實技術來臨后，人們就可以把這種構思變成看得見的虛擬物體和環境，使以往傳統的設計模式提升到數字化——即看即所得的完美境界。此刻，設計者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設計的效果，直到滿意為止。這么一來，就大大提高了設計和規劃的質量與效率。

虛擬校園也是虛擬現實技術在教育領域中最早的具體應用。簡單的虛擬校園環境供游客瀏覽，基于教學、教務、校園生活，功能相對完整的三維可視化虛擬校園以學生為中心，加入一系列人性化的功能，來方便學生學習校園生活。

此外，虛擬現實技術在城市規劃、建筑設計、航空航天、工業設計、人工智能、旅游服務、文物古跡保護等諸多方面都大有發展空間。

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，在全球范圍內也正在掀起VR商業化普及化的浪潮。2016年被稱為VR產業爆發元年，在可見的未來，VR技術在消費、旅游、醫療、體育等各個領域的運用將會越來越廣泛，與普通人的關系也會越來越緊密。

據科普中國