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虚拟现实: 假作真时真亦假

午夜时分,在沉沉的睡梦中,你看到熟悉或陌生的面孔在你面前的奇幻场景中演绎一个个故事。有时你是个亲历者,或许紧张地在追逐中探寻着某个秘密;有时你只是个旁观者,没有看到故事的结尾,梦就戛然而止。大脑为你勾勒的梦结束了,但是科技为你构造的新梦境却时刻等待着你。
一项类似梦境般的科技正一步步地迈进现实,这项技术就是虚拟现实。虚拟现实是一种由计算机技术辅助生成的高级模拟系统,利用电脑模拟产生一个三维虚拟世界,为用户提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟刺激,让用户如同身临其境一般。穿戴好相关的设备,用户不仅可以多角度观察三维空间内的事物,而且用户进行位置移动时,电脑可以立即进行复杂的运算,将精确的三维世界视频传回使人产生临场感。该技术集成了多种最新先进技术,是今后若干年的重点发展领域。

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历史小窥

你可能觉得虚拟现实是这几年才兴起的一个产业,但事实上这一概念的提出已经有好几十年了。不过,直到上个世纪90年代,这个概念才慢慢为一些人所知晓。
早在上世纪30年代前后,就有人发明了一种飞行模拟器,尝试使乘坐者获得飞行的感觉体验。上世纪50年代,摄影师莫顿·海利希发明了一部集合视觉、声音、动作和气味的模拟器Sensorama,它运用了多感知技术,是3D电影的最早原型。那时候技术尚不成熟,用户只是被动的观看者,但是海利希提出的很多概念至今在虚拟现实领域仍然非常重要。而今天,以计算机为代表的一系列技术的推进,使虚拟现实技术进入高速发展期。

虚拟现实的实现

虚拟现实是多种技术的综合,涉及实时三维计算机图形技术,广角立体显示技术,用户头、眼和手跟踪技术,以及触觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出等技术。
视觉方面而言,虚拟现实系统中,用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的,显示在不同的显示器上,制造出立体视觉。有的系统采用单个显示器,但用户戴上特殊的眼镜后,一只眼睛只能看到奇数帧图像,另一只眼睛只能看到偶数帧图像,奇、偶帧之间的不同也就是视差,由此产生了立体感。
并且,虚拟现实设备可以利用头部跟踪来改变图像的视角。这样一来,用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来,感觉更逼真。用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境,而且用户头部动作的变化将使设备显示的视角发生变化,仿佛真实世界一般。
而就声音而言,声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同,所以在水平方向上,我们可以靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向。虚拟现实利用这一点,通过相应的声音调整,会让用户产生一种自然的方向感,感知到声源由远及近,大小变化等效果。
目前市面上的商业化虚拟现实穿戴设备,外形大多像一个大号的护目镜,两个镜片上带有显示屏,通过左右眼看到现实屏幕的差异,产生三维立体效果,同时利用陀螺仪追踪佩戴者的头部移动,以更新图像数据,实现360度视角的沉浸式体验。当然,通过手套式的动作传感器,还可以采集手部运动信息,让画面呈现相应的互动效果。

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游戏新视界

这项技术也将给电子游戏领域带来改变。虚拟现实技术将给游戏玩家带来全新的游戏体验,玩家借助头盔、动作传感器等交互设备,能获得如临其境的感觉。从此,他们不再仅仅是游戏情境的局外人,而是深入游戏,成为神奇旅程中的探险者。每一个场景下的交战都如同真实世界里的角逐一般。随着自己视角的变化,所看到的场景也在变化,在游戏中自己可以实现瞬间挪移,自己可以完成各种猛烈攻击,享受更强烈的感官刺激。

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身临其境的观影者

3D影视现在对大家来说已经是很普遍的一种观影选择了,随着虚拟现实技术的发展,电影、电视技术会有新的突破。通过虚拟现实技术,观众不仅能从自己的视角看到立体图像,更能够感觉到自己融入影视之中。
自己歪歪脑袋,侧个身子,所看到的视角就会相应地出现一些变化,看着影视剧中的角色就在眼前栩栩如生。感人的动情场景里能够近距离多视角观察主人公蹙眉、滴泪,不错过任何细节。欢乐的场面中,自己也可以随着剧中的人物一起手舞足蹈,仿佛置身其中。随着技术的不断提高,还将可能出现互动式的影视体验,可以和影像中的角色进行对话,或者某种程度上扮演喜欢的角色,开启自己的虚拟舞台。

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生命守护者

外科手术通常对医生的手术技术要求比较高,一点点的失误就会给患者带来很大的痛苦。如果将虚拟现实技术和医生的技术训练相结合,在医学院学生培训过程中就可以给予他们更多的机会模拟手术操作,在他们参与实习以及正式工作的时候就可以更熟练地完成工作。
对于一些高难度的手术,比如心脏手术,颅脑手术,主刀医生可以在术前将患者的CT扫描结果用计算机技术转化成可以模拟操作的手术环境,将各种手术中可能出现的危险情况添加到模拟情境中,通过多次术前模拟操作为手术充分做准备。如果某一手术方案在模拟操作中危险系数较大,医生就可以及时转换手术方案。通过这样的方式,医生可以有效分析手术的可行性,充分保障患者的生命安全。

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模拟驾乘

在航空航天和军事等领域,虚拟现实获得了较早的应用,初期多被用在培训宇航员以及军队士兵战术演练等环节。
1961年,Philco公司就率先研发了第一代头戴式可视设备Headsight,这种头盔式的设备包含一个视频屏幕和追踪系统,采集的所有数据信息与摄像系统相连接。这套设备用来培训飞行员应对各类危急情况,使用者可以通过头盔显示器看到远程危险环境,使用者调整头部角度,摄像机也会同步进行视像调整。
贝尔实验室也曾用过一种类似的头戴式可视设备训练直升机飞行员。他们将头戴式可视设备与直升机底部的红外线摄像头相连接,这样一来即便是光线不足的时候,飞行员也能有一个比较清楚的飞行视野。

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虚拟现实和心理治疗

虚拟现实的运用,在一定程度上突破了传统心理治疗的局限。进行心理治疗往往得借助丰富的想象力,但是想象力并不是人们招之即来的能力。有些人缺乏想象力,任凭心理医师如何引导,也难以进入假想情景,即便短时间进入,也难以维持想象状态,不能达到很好的治疗效果。虚拟现实技术的出现正好可以帮助人们解决这个问题。戴上虚拟现实仪器,就仿佛进入了一场梦境,在治疗师的指引帮助下,在相应的情境中剖析自己遭遇的问题,能更顺利地解决问题。
人们有些时候对自己苛刻,但比较容易对其他个体表示同情。结合电脑游戏和图形技术,可以创建出“与自己对话”的虚拟互动场景,让自己以他人的视角在虚拟世界里遇见自己,与自己的化身沟通,让他们成为开导自己的良医。通过这种沉浸式技术,让本来有严重自我批评倾向的人,在与“自己”交流的过程中学会对自己宽容。这不仅能够减少负面情绪,还能培养积极乐观的心态。
通过虚拟现实技术转换视角,还可以用于其他一些情况的心理治疗,比如创伤后应激障碍(PTSD)。通过这样的技术手段,可以缓解病人的症状,让他们更容易接受现实,突破心理障碍。
随着各项相关技术的成熟,虚拟现实会像当年英特网进入人们的生活一样,改变未来人类的生活、娱乐、工作方式,但是无论这项技术如何发展,都不能用这种虚拟世界完全替代我们的现实生活。如果一个在模拟程式下将手术完成得十分完美的外科医生,一接触真实患者就掉链子,恐怕没有患者敢把生命交付给他。

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