沉浸：虛擬現實的審美溯源、創新與技術進路

姜申

摘 要：作為新媒體藝術與技術的一個重要分支，虛擬現實反映了媒介嬗變中的一個隱性趨向，即從“客體審視”向“主觀沉浸”的演進。媒介發展的一個關鍵變革在于從主體對客體的凝視演化為主體聚身于虛擬環境中的主觀體驗。這個變革的外在表征就是新媒體的沉浸性。本文從這一屬性切入，展開對視覺媒介進化史的討論，從藝術積淀中看到審美對沉浸的渴求，進而將目光引向技術歷程與媒介實踐的應用，以期給深陷于多元媒介變革的讀者提供些許啟示。

關鍵詞：虛擬現實;沉浸;新媒體藝術;VR;聚身性

虛擬現實的產生源于人類對兩個方面的不懈渴求：在審美上，追尋看與被看間——主客體距離的泯滅，即“入畫”的沉浸感;在科技上，對空間的數字化復制與擴大生產，即對空間再生產的強烈愿望。

1 對“三維沉浸”的美學追索

就審美上來說，人們總希望為架上藝術（如繪畫）的平面性帶來些許變化，使之看起來不再是與觀賞主體間完全割裂的兩個對象，而將觀者引入畫面之中，構成某種三維視角的聯系。在中國，漢代的墓葬畫像磚上可以看到古代藝術為此而作出的努力：在群臣朝賀的場面中，一排排個體除正面或側面像以外，還出現了斜面像的勾勒，使平面表達具有景深的厚度。十六國至北魏時期，佛教使立體造像興盛起來，進而與石窟藝術相融合，為平面繪畫提供了立體的觀賞空間。敦煌早期繪畫中，已有依據宗教人物的重要性而進行身形塑造的大小差異;唐代繪畫進一步將人物的大小與空間遠近相關聯，畫中景物雖邊際模糊、無界無束，卻體現出局部的原始縱深感。到宋代《清明上河圖》已運用成熟的散點透視技法，令街道、橋梁、船只、商鋪、人物等豐富的場面透過散漫的多個視點聚合在一個畫面里，將世俗生活的細節進行詳盡的表現。在西方，文藝復興為幾何在繪畫中的滲透帶來了契機，焦點透視技法蓬勃發展，即在二維平面上利用線和面趨向會合的視像錯覺原理，烘托景物的三維藝術表現力。例如，達·芬奇名作《最后的晚餐》中，畫家利用直角邊線向心點集中的原理，引導觀者的視線形成視覺中心和封閉式縱深構圖，同時以餐桌為水平線橫亙在前方，構成畫面的穩定。與散點透視不同，焦點透視塑造一個生動的切入視角，著力營造與觀者融為一體的空間實感。當然，平面繪畫總要與觀者保持一定的距離，這成為后者融入“畫境”的巨大阻礙。于是，在15世紀初的意大利布蘭卡契禮拜堂，馬薩喬嘗試用橫向彎曲的平面作畫，將觀者的左右視野包裹在一組近似半圓弧狀延伸的宗教壁畫中，這樣繪畫空間就有效地將面對它的人包圍起來。這種原始的“沉浸感”在更早的中國（如敦煌）洞窟繪畫中也得以運用，即洞窟不僅為宗教藝術遮風避雨，它在創作的一開始便可能成為構思的一部分，為壁畫及造像的空間立體感（或沉浸感）造勢。1900年巴黎世博會上，電影剛剛問世不久，法國人塞松就開始嘗試環幕電影，在一個直徑約32米的圓柱形大廳內，他用10臺70毫米的電影放映機，從大廳中心向四周放映世界各地的城市風光，用銀幕營造出密閉空間內的全景視場。總之，人們從未放棄對自己腦后景物的興趣，而追求“周知”的結果往往使觀者自身陷入藝術表達所勾勒的空間之中。

然而，文藝空間實現了對人的身體的包裹，卻難以提升感知的純度。無論洞窟還是環幕，身體總以不合時宜的在場性提醒著觀者：你和視覺文藝之間存在距離，你在看，而不是沉浸其中。如何去除環境干擾的因素而融入純粹的視覺感知中？早期的電話機設計提供了啟發：為了避免雜音和環境干擾，人們在接聽電話時用聽筒堵住耳朵、用麥克風盡量接近嘴唇。機器與媒介器官越接近，它所得到的有用信息越多、所受外界干擾越弱。沿著這一思路，人們開始幻想一種裝置，能撇開身體而直接為人的眼睛提供視覺信息。1932年，英國作家阿道司·赫胥黎在他的反烏托邦小說《美麗新世界》里，以公元26世紀為背景描述未來世界的種種場景。[1]其中就提到一種戴在眼前的觀影設備，可為觀眾提供視聽甚至嗅覺等感官體驗，以營造出沉浸式的電影世界。這一幻想開啟了虛擬現實技術應用的新篇章。

2 早期技術實踐

1968年，計算機圖形學家伊萬·薩瑟蘭（Ivan Sutherland）制造出一個真正的頭戴式顯示器，取名為“達摩克利斯之劍”。這是對虛擬現實最早進行實證的裝置，能夠顯示一個簡單的幾何圖形網格并覆蓋在佩戴者周圍的感知環境中。由于具備真實的電子光學顯示能力，系統有著異乎尋常的重量，而不得不吊在天花板上以分擔使用者頭頸部的壓力。“達摩克利斯之劍”是西方人熟知的歷史典故：公元前4世紀，古希臘的移民城邦敘拉古，統治者狄奧尼修斯二世有一位朝臣名叫達摩克利斯。后者非常喜歡奉承他的君主，他說：作為一個擁有權力和威信的偉人，狄奧尼修斯實在很幸運。狄奧尼修斯于是提議，與他交換一天的身份，那樣他就可以切身體會到首領的命運。在晚上舉行的宴會中，達摩克利斯非常享受成為國王的感覺。當晚餐快結束的時候，他抬頭才注意到王位上方僅用一根馬鬃懸掛著的利劍;這令他立即失去了對美食和美女的興趣，并請求狄奧尼修斯放過他，他再也不想得到這樣的幸運。從外表上看，這個虛擬現實設備像是懸在頭上的利刃，為體驗者帶來不安;但這個典故也暗示著“感覺的交換”——某種在真實情況下不可能體悟到的虛幻現實。

20世紀70年代，美國航天局為培訓航天員開發了安裝在頭盔上的顯示設備。1987年日本任天堂推出了配合電視游戲機使用的Famicom 3D System游戲眼鏡。1993年世嘉公司在北美消費電子展上推出了虛擬游戲眼鏡“SEGA VR”。由于“虛擬現實”在媒介研究中的持續升溫，人們賦予它一個簡化的名字——“VR”，即英文“Virtual Reality”的縮寫。VR開始了由專業應用向游戲消費類應用的轉折。索尼、HTC、Facebook等巨頭紛紛踏上虛擬現實硬件的探索征程。

人們對虛擬空間的應用熱忱似乎來不及等待VR硬件播放手段的成熟就早已展開。計算機圖形學及圖像處理技術在建筑、工業設計等領域已有很長的應用歷史。在消費領域，數字電影特效和游戲場景的虛擬搭建也早已探索出成熟的應用路徑。近年來，博物館的虛擬展示也大規模拓展：從早期盧浮宮推出數字博物館，到意大利龐貝古城的虛擬復原，再到圓明園的數字化重現等等。透過計算機虛擬建模的方式進行空間表達，已不是什么高難度的科學范疇。但“計算機建?！钡臅r間和精力投入巨大，在沒有足夠的VR觀看硬件適配的狀態下，仍停留在二維平面輸出的水平上，缺乏空間感的包裹和沉浸體驗。

3 全景視頻的介入

VR真正的爆發是在2015年前后，縫合軟件的成熟使多臺固定角度的廣角相機有可能通過流媒體（實景攝像）的方式構建實時運動的360°全景空間。與傳統的計算機建模相比，實景VR有著顯而易見的優勢：它無須運行建模軟件，可節約大量的渲染時間和運算精力;比起計算機模擬效果，實景攝錄的現實感更強、更逼真，最新的3D VR攝像系統甚至能輕而易舉地構建出三維立體的實景空間。當然，在交互性的嵌入上，實景拍攝不如計算機建模在程序結合上那么方便。

早期的民用VR實景拍攝系統由6～12臺小巧的運動相機（如GoPro相機）通過特制的金屬框架拼合而成，每一臺相機只負責攝錄一個角度的運動圖像，拍攝完成后將每臺相機的存儲卡數據依次導入電腦，再開啟拼接軟件對各個角度的圖像進行縫合，之后用普通的視頻軟件進行剪輯和后期處理，即可使用VR播放器進行全景觀看。隨著拍攝硬件的集成化發展，也逐漸出現了一些具備全自動縫合的高端一體化VR相機，這類設備是專門為VR拍攝而設計的，縫合精度及成片效率明顯提升，已具備新聞采編和直播應用的水準。

拍攝端的精進使全景觀影需求出現井噴式的增長，也帶動了VR播放端的硬件發展。從媒介技術的延展上看，VR視覺播放硬件大致分成3個主流形態。

第一種形態被稱作“需要外接計算平臺”的VR眼鏡，以HTC VIVE、Oculus Rift、索尼PS VR為代表。這類眼鏡內置固化的顯示系統，但核心的計算能力（CPU、圖形加速器、內存等）需要通過線纜與電腦或游戲主機相連而獲取。因此，這類設備的圖形處理能力強、適用范圍廣、迭代升級容易、顯示精度有保障、接口豐富，可連接各種外設操控硬件（如手柄、紅外或體感控件），交互娛樂性強，適用于高端游戲及綜合視覺體驗中，商業延展價值高。另一方面，外接處理器的VR硬件相對龐大、沉重，在便攜性上有著致命的短板，難以在汽車、火車、飛機等交通工具上作為隨身娛樂系統使用;線纜的長度也限制了佩戴體驗的空間移動性，使其只能固化在商場或固定的展示環境中應用。

第二種形態被稱作“手機盒子”，源自谷歌在法國的兩位工程師，他們充分運用智能手機作為通用的計算與感應平臺（手機內置處理器和方位傳感器）嘗試設計移動播放軟件在手機上實現360°分屏顯示，再將手機置于配有凸透鏡的特質紙板眼鏡盒中形成一個虛擬現實的原型設備。這個紙盒眼鏡被稱為Google Cardboard。由于其結構簡單，很快被各地推廣開來，原來的紙板也升級為工程塑料。其優勢在于，與各種手機的適配性極強，消費者無須添置任何電子硬件即可體驗VR;由于處理器、方位傳感、內存、電池都內置于手機，它的便攜性大大增強，應用場景趨于生活化;成本的低廉蘊藏著巨大的普眾化潛力，利于虛擬現實向大眾消費市場的拓展。但由于各類手機的尺寸、分辨率不一致，這類設備的沉浸效果一般，也缺乏足夠的交互界面和接口，互動體驗不足。所以，這類設備只適用于家庭VR視頻、低端游戲和VR新聞閱讀等生活場景。

第三種形態被稱作“VR一體機”，它建立在彌補前兩種形態不足的基礎之上，將處理器、傳感器、內存、電池、按鍵等電子設備集中于VR眼鏡，提升了便攜性、移動性;又內置了高精度、大視場角、色彩豐富的顯示系統，提升了分辨率，增強了沉浸體驗。但這種高度電子集成化產品的軟硬件升級潛力相對有限，系統復雜拉高了它的設計制造成本，連接外部設備的能力不強。因此，一體機更適用于商業展示和專業應用范疇。

4 技術進路

在未來，硬件觀看設備的提升主要向著高解析度、大視場角、快速動態顯示以及全景聲場這4個個方向演進。VR眼鏡的屏幕解析度直接關系到觀眾對虛擬空間的仿真體驗，提高屏幕分辨率勢在必行，4K以上的全高清顯示系統將普遍應用于VR體驗。虛擬現實頭盔在視場角方面仍顯局促，觀眾佩戴時很容易感受到眼眶四周的邊框，這極大地限制了身臨其境的“代入感”，因此擴大視場角度成為硬件設計的關鍵。方位傳感器需具備敏銳的隨動反應能力，并將體驗者的細微移動與顯示內容作相應的匹配，在傳感和顯示中處理速度稍有遲疑便會形成拖影，造成觀者的暈?；虿贿m。聲音也是VR影音體驗中的重要一環，傳統的立體聲場建立在觀眾與屏幕間固定的方位上進行輸出，左右聲道構成一條軸線與屏幕方向近似垂直;而VR需要隨觀眾視場的方向變化輸出全向的聲音，被稱為“全景聲場”，即與方位傳感器隨動的聲音程序，才能提供良好的沉浸視聽體驗。

在VR視聽設備日趨成熟的今天，虛擬現實業態呈現出明顯的分野。一部分力量以原有的計算機建模為基礎，占據編程的優勢，面向游戲市場、拓展交互的可能性，在商業廣場等人口密集區建立大規?！疤摂M現實體驗店”，快速形成商業盈利模式。這類模式的顯著特征是計算機動畫和強交互操控特性，用戶參與性強，但系統復雜、成本高、畫面真實性相對較弱。另一部分力量借助最新的VR相機，以實景拍攝為基礎、全景視頻縫合為優勢，面向直播、家庭、博物展示、新聞紀錄等領域，努力拓展沉浸效果;在旅游、房產、科普、教育、廣告等特殊應用場景，具有廣泛的發展前景。這類模式對計算機建模的需求相對較弱，開發周期短，成本低廉，操作簡易，符合碎片化信息傳播對時效性的迫切要求。這類模式的顯著特征是逼真的全景視效，但尚缺乏交互接口和操控界面，給用戶提供的互動機會有待提升。以發展的眼光看，雖然兩類模式具有明顯的技術區別，但其發展方向殊途同歸。為了給用戶營造沉浸式的虛擬體驗，就必須還原場景的真實性，動畫建模就必須向實景成像技術靠攏;要提升沉浸感，就必須改善虛擬現實與用戶之間的交互，互動越自然，感知就越真實，因此實景VR就必須向計算機編程靠攏，以提供更多的交互接口和互動性。未來，動畫VR與實景VR在應用上一定會突破技術壁壘、相互借鑒，向合流的方向演進。

總之，在科技更迭如此迅速的時代，我們不應忘記科學的初衷與使命——源自人的智慧、服務于人的生活。期待虛擬現實的發展能給人類帶來更好的視覺體驗與審美體悟。

參考文獻：

[1] 奧爾德斯·赫胥黎（英）.美麗新世界[M].陳超，譯.上海譯文出版社，2017.