永無止境的VR

稅午陽

北京師范大學信息科學與技術學院高級工程師，教育部虛擬現實應用工程研究中心和文化遺產數字化保護與虛擬現實北京市重點實驗室研究骨干，北京圖象圖形學學會會員。

在電影《頭號玩家》中，所有的故事都圍繞著一款名為《綠洲》的虛擬現實的游戲展開，故事主人公在這個虛擬世界中扮演著獵人的角色，并展開了一系列驚心動魄的冒險歷程。

電影中那個精彩紛呈的虛擬游戲世界的基礎就是很火爆的VR技術。《頭號玩家》在國內上映，引發了觀眾對于VR技術的強烈興趣。電影中，未來世界的人們通過VR眼鏡，進入虛擬世界中扮演屬于自己的角色，做自己想做的事情，讓觀眾都頗為羨慕。

VR最大的特點就是讓人們體驗“真實”的虛擬世界。它通過VR相機采集、景象制作設備、計算機軟件、VR眼鏡等成像設備聯合提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓我們進入虛擬的世界中，如同身臨其境。

電影中對于虛擬現實技術未來發展應用的暢想，讓大家對VR有了更具象的想象。“VR”是虛擬現實技術，近年來在全世界掀起了一股浪潮。從2015年開始，網民對VR的關注度開始逐步上升，VR游戲開始成為熱點，尤其是一些產品的發布成為網民的關注點。國內VR處于啟動期，2016年可以說是VR產業化的元年。預計VR市場規模， 將以每年3～5倍的增速，到2020年將達到550億元。VR的發展具有時代需求性，目前VR應用主要集中在一些極客人群和專業應用領域，預計在未來2～3年，VR相關產品將迎來爆發式增長，未來5～10年，VR技術將逐漸成熟并得到普遍應用。從現有數據可以預測VR的普及速度會慢于智能手機、可穿戴設備，快于無人機。

大咖零距離

Q：我們距離電影《頭號玩家》“綠洲” 這款虛擬現實游戲中的技術有多遠？游戲中展示的虛擬現實技術，哪些已經在我們的現實生活中得到了應用呢？

A：《頭號玩家》當中的綠洲這款游戲應該是虛擬現實游戲的巔峰代表之作。從VR游戲的開發技術而言，目前可能在算法的性能上，或者老百姓在感受游戲的觸覺反饋和實時性方面，還有一些差距。

綠洲這款游戲中，現實世界里的游戲玩家，可以通過頭盔顯示器沉浸地感受到游戲中虛擬現實的道具、景色和人物，可以通過手柄，或者通過穿著的反饋性質的服裝，感受虛擬現實中的反饋，進而傳遞到現實當中的游戲玩家身上，使得他們可以感受到數據的或者情感的交流。

我們現在的技術，在現實世界當中的玩家和游戲里的虛擬場景進行交互方面，可能還達不到在電影當中看到的感覺，體驗感沒有那么足。但是在觸覺反饋的技術、人機交互的技術、動作捕捉的技術等方面，不同的學校，不同的科學家都在做這樣的工作，我相信用不了太長的時間，通過相關的技術我們就能夠做出來一些類似于綠洲的、沉浸性非常強、交互性非常強的游戲。

現在有一些常用的交互技術，比如通過手勢識別可以控制游戲當中的道具，通過手勢的抓取就可以實現游戲當中的槍械、物品的抓取，有一些力反饋的設備，比如《阿凡達》里的機器人，可以做到通過力觸覺的反饋，使現實里的人抓到虛擬現實中的物體，這些技術也是可以用到游戲開發里。

Q：除了游戲領域，虛擬現實技術還應用于哪些方面？

A：包括VR技術在內的很多信息技術，實際上都是從軍事領域開始運用的。比如，VR技術最早是用于軍事領域的軍事模擬，戰斗機飛行員的培訓，航天員的培訓。

近幾年來，隨著頭戴式VR顯示設備的出現，VR逐漸應用到了游戲領域。

但是，對于科學研究而言，我們更多地要將VR技術與相關的行業結合起來開展應用， 例如將VR技術應用于文化遺產的數字化保護工作，我們和故宮博物院的文保科技部做數字化青銅器的修復也取得了一些研究進展。

傳統修復文物一般需要拼接，修復錯了對文物本身造成損傷，難以彌補，可能造成很大的遺憾。通過虛擬現實技術，將文物修復的過程完全放在電腦里，手工去修復或者通過計算機自動仿真方式修好文物。也可以用3D打印技術，將文物的殘缺區域的形狀打印出來，最終可以替代傳統的翻磨。這樣，既有虛擬的數字化的表現形式，又可以將實物進行真實的修復，達到了虛實的融合。

目前，我們和公安部物證檢驗中心，利用虛擬現實技術開展刑偵現場案件的三維場景的重建，可以通過現有的三維掃描的技術實現刑偵現場三維場景真實感的重建，并在顯示器上進行顯示，這樣刑偵專家可以通過身臨其境的感覺去推斷，更有助于進行案件的偵破或案件的跟蹤。

應用較多的還有教育行業，這應該是虛擬現實應用得一個比較好或者前景比較顯著的領域。對于中小學生而言，像立體幾何在大腦里不太容易想象;學地理的時候，很多同學沒有去過布達拉宮，沒有去過新疆， 這時候通過虛擬現實技術，可以直觀地、可視化地把剛才提到的知識通過圖形的形式顯示出來，幫助學生來理解和學習。

Q：目前，本科專業中并沒有虛擬現實專業，當初您是如何開始投向這個方面的研究呢？

A：這里其實有一段小的故事，我當初學的專業叫做計算機科學與技術，2002年的一天，我印象中是在新聞聯播之后有一個科技博覽的節目，剛好播出了周明全教授（后來成為我的導師）的關于兵馬俑數字化修復的工作，時間也就七八分鐘的樣子，但是我當時就覺得好神奇！當時有手勢三維掃描的設備可以把兵馬俑三維的信息在電腦屏幕上顯示出來，看周老師點點鼠標，就可以把碎片拼接起來，一個完整的兵馬俑出現在我們眼前，才知道原來計算機還能做這件事情。當時就覺得我是不是可以選擇這樣的專業。

我們在上大學期間，是沒有虛擬現實這樣的專業的，只是學習了一些像計算機圖形學、圖象處理、計算機視覺專業的課程，真正接觸虛擬現實行業，是我有幸去攻讀周老師的碩士研究生之后，博士研究生的時候才更系統地學習了怎么樣做虛擬現實的系統、虛擬現實關鍵的研究方向和關鍵的研究技術，才一步一步熟悉了這個行業。

Q：對于有志于從事虛擬現實相關工作的同學們，目前應該做好哪些準備呢？

A：對于中學生來講門門課程都很重要，我個人理解可能數學跟英語這兩門課更重要一些。我們知道虛擬現實軟件的開發對于編程和算法的要求是非常高的，而算法和編程對數理的邏輯性要求最高，所以數學好能支撐學生對邏輯性的培養。虛擬現實會用到計算機圖形學、圖象處理等相關專業課的知識，數學是這些專業課知識的支撐。

信息技術是飛速發展的，也是一項全球化的技術，不光在國內，國外很多企業、院校、機構、個人，都專注于虛擬現實技術的研究和應用。很多新的算法、軟件、資源、設備、應用，都以英文形式發表、出版或發布。英文好，可以讓我們在第一時間學習和掌握一手資料、了解技術詳情，也方便我們與國外同行進行學術交流。