“貓眼”看VR

一只大黑貓

近日，人類世界混進了—位叫做“VR”的超人氣主角，它不僅出現在了高考試卷中，據說還可以幫助截癱患者恢復身體知覺，重新體驗腳踏實地的感覺。作為一只物理系畢業的喵，今天俺就來好好給你們講講VR這個“東東”吧。

電子“藝術”作品

“虛擬現實”（英文縮寫VR）的概念出現了有三四十年了，可以說是伴隨著電子和信息科技而發展起來的，它的主要特征是用信息技術構造一個“仿佛能感受到”的空間。利用拍攝、錄音等手段記錄真實場景，再數字化播出的三維大片之類，大多不符合VR的概念，不過三維影音播放技術算是VR的一部分硬件基礎。發展到現在，VR已經成為多技術綜合體，包括實時三維圖像，寬視野立體顯示，對觀察者頭、眼和手的跟蹤，觸覺和力反饋，立體聲，網絡傳輸，電子語音及語音識別等，可以說是全面的人機交互與環境構成，幾乎可以做到“身臨其境”（哪怕你想體驗一下變身成我們“喵星人”，也不是沒可能）。

VR的關鍵是數字化環境，主要是視聽建模和渲染。很多軟件能做這種工作，但VR需要高速度——人的最短反應時間大約是0.1秒（貓要快一些，喵），只有在這么短的時間內完成計算，并把結果反饋出來才能達到VR的效果。但這需要極強的計算力，還好現在有每秒10億億次運算速度的超級計算機，就算是“喵星人”的反應也是能跟得上的。

高科技的“欺詐”

計算生成的圖像和聲音等只存在于電腦里，要讓人感受到需要人機接口，最關鍵的是三維顯示，因為據說人類80%的信息感知來源于視覺。作為一種獵殺生物，長達百萬年的進化讓人類擁有了立體視覺。有個小實驗可以演示這種本能：找個距離稍遠的立體目標，比如家里的衣柜，閉上一只眼睛看它，然后馬上換另一只，會感覺到它有輕微移動對不對？這不是你視力有問題，而是由于雙眼間的一定間隔使你能看到立體目標的不同側面，從而測出你到它的距離。VR則是反過來，它利用立體視覺，通過給雙眼提供略有不同的圖像來讓你得到空間感和立體感。現在市面上賣的各種立體眼鏡就是最基礎的VR接口。注意，由于這種差異圖像是計算出來后強行“灌輸”的，并不完美，變動也會比較突然，看久了往往容易眩暈。看真實物體也有類似情況，有些恐高的人其實就是因為無法對俯視目標準確測距。順便告訴大伙兒一個秘密，貓的測距能力沒有人們通常認為的那么好，往往爬到樹上就判斷不了真實高度不敢下來，需要消防員叔叔來搭救。

現在的三維視覺有多真實？人類測試過頭戴虛擬設備上下樓梯，并且成功了，但專家不建議經常這樣嘗試。

視覺并不足夠

即使有完美的三維顯示，仍然很難避免眩暈，因為雖然看到了“距離”和“立體”，但身體并沒有動，也沒有東西真的迎面撲來，你的體感和觸覺在告訴你這是假的，你被“騙”了。為了更進一步提高真實性，需要用對眼睛或頭部的運動進行動態跟蹤，同時提供包括聽覺、觸覺等全面的反饋。

聽覺“虛擬”和視覺類似，通過演算聲波傳遞數據，逐層還原成“假如”站在某處將能聽到的音頻，再由立體聲播放或者耳機輸出。人會轉動頭部尋找聲音來源，配合類似三維視覺的運動傳感器，虛擬聽覺也可以跟隨人運動，不過目前很難做到完美。當然人的聽覺敏感度一般，糊弄一下也就過去了，如果是咱們貓可沒那么容易被騙，因為貓尋找聲源會首先轉動耳朵。（順便說一句，耳機壓住貓耳可真難受！）

觸覺的虛擬需要穿戴式設備和精密的力輸出，以便通過力反饋獲得真實的“接觸感”。制造這些設備的成本和使用它們的復雜性很高，現在還處于試驗階段，有專家表示大概五年后能廣泛應用，但他們不止五年前就如此宣稱了。同時不是所有觸覺和體感都能原地模擬，比如下墜時的失重就不行，喜歡跳躍的貓對這種感覺可是非常非常熟悉。

嗅覺和味覺也能虛擬，它們依賴于適當化學物質的散播，所以不易調整，如果沒有特別需求，目前多數場合還是忽略這兩項的。

語音對話其實不能算VR，更接近于人機交互界面，通過音頻采集合成等手段，電腦現在能發出近似完美的語音，包括唱歌，但聽取自然語言的識別能力就比較差了。不過總比咱貓強得多，俺也想要個電腦幫忙說話，喵……

過于復雜的系統和技術不完美使得通過設備虛擬獲得的感覺和真實總有那么點微妙的不協調，甚至有人認為過度使用VR將對大腦的感覺信號處理機能產生不良“訓l練”，導致在真實世界里出現平地摔之類的惡性后果。也許以后直接利用神經信號、腦電波之類的輸入輸出能解決這些問題，或者不解決也沒什么，就給人們留點走出房間，切身體驗大自然的理由也好。

“虛擬”什么？

既然做不到完全真實，那應該“虛擬”什么？可以說沒有確定的答案。畢竟人各有所好，有人愛山，那不妨用虛擬設備跟隨登山隊來一次巔峰體驗；有人樂水，也一樣可以隨著數據流沉入大堡礁深海，就算想到馬里亞納海溝也沒關系，反正設備不會室息也不會被11000多米的水壓擠垮——如果連這都模擬出來了，真實度倒是高了，但感受估計反而不好。

從商業化的角度，VR體驗作為一種低成本、高靈活性的展示方式已得到應用，如VR看房、VR裝修、VR試衣等，軍事上也有人用VR進行射擊、駕駛等模擬訓練。

至于俺的選擇？作為一只“喵星人”，俺的夢想當然是乘宇宙飛船回到“喵星”，現實里做不到就在VR里沉浸于星空好了，喵……