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虚拟现实—计算机里的“真实”世界
2010年9月11日    评论:    分享:

    来源: 科学松鼠会 
    作者: 猛犸

    在一场意外的遭遇战中,你勇猛地砍倒了一名对手,开始寻找下一个目标。突然你的背上挨了重重一击,火烧火燎地痛。你回头看了看,偷袭你的是一名穿着黑袍的法师。他念动咒语,手心里一个火球闪闪发光,越来越大。你心知不好,转身就跑。可是那枚火球还是追上了你,把你炸开了花。你死了。

    片刻之后,你在另外一个地方复活了,甚至连一点受伤的痕迹都看不出来。你一边召集你的朋友们,一边寻找刚才那个法师。你一定要让他付出代价。……虽然是在游戏中。

    感谢计算机科学家们,他们创造了另外一个世界,一个通过“虚拟现实”技术构建出的世界,在那里,你可以成为你想成为的人。

    二十年前的游戏玩家远远没有这么幸运。他们或许能看着一个粗糙的由色块构成的小人在屏幕上跑来跑去,跳起来顶金砖,吃一些奇怪的花花草草,和一条长着带刺乌龟壳的喷火龙决斗,最后救出一个根本看不清长相的公主。但是他们可能也会说:“二十年前的玩家远远没有这么幸运……” 的确是这样。“虚拟现实”(VR,Virtul Reality)和电子游戏一样,是随着计算机发展而发展起来的。1965年,计算机图形学的奠基者伊万•萨瑟兰(Ivan Sutherland)发表了关于“终极显示”(The Ultimate Display)的论文,提出了感觉真实、交互真实的人机协作新理论,被视为虚拟现实的先驱。感觉真实很容易理解:猫就是一只猫,它应该会喵喵叫,也会掉毛,还会骄傲地走来走去,尾巴举得像一支旗;交互真实则是指人们应该像在现实世界中一样对待虚拟世界的物品。如果面前有一杯水,你可以拿起它来,喝一口尝尝它的味道,也可以把它从一个地方端到另外一个地方,也可以把它摔碎在地上,听见悦耳的声响,或者——如果你坚持的话——把它倒在裤子上也行。

    我们可以看到,这其实是一个不太容易实现的目标。人的对外部世界的感觉有多种:视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉,有些人还声称他们有第六感,不过这个我们可以暂时忽略。让计算机来为我们虚拟出一个世界,这五种感觉都是需要考虑的。

    在这五种感觉中,听觉最容易被“欺骗”。人是通过两只耳朵接收到的声音的时间和大小的不同来判断发声物体的方位和距离的,因此,可以录制出非常逼真的环境音效来欺骗人的耳朵。再加上一个好一些的耳机,人很难分辨出声音是真还是假。

    接下来的是视觉。说起来很有趣,人们通常把视觉作为最主要的感觉,但是它也不见得很可靠。人的眼睛长在头的前面(很显然,这句是废话),每个单眼都有外侧90°,内侧60°,上方55°,下方70°的视野范围。画个图就能看出来,在人的180°视野中,有120°的视野重叠部分,就是这些视野重叠部分,让人产生了立体视觉,可以分辨物体的远近。兔子比较惨,它的大眼睛长在头部两侧,视野可以达到240°以上,但是却几乎没有重叠部分,所以跑起来可能会撞树也就情有可原了。对于兔子来说,给它一幅画它可能会分辨不出和真实世界在视觉上有什么区别,但是如果仅仅给人提供一个平面显示器,一眼就能看出来它不是真的。这个解决办法也很简单:一个不够就给俩。现在大多数立体电影的原理就是这样,用两台在不同位置的摄像机拍摄,用两台加了偏振片的投影机播放,然后让观众带上偏振眼镜,左眼只能看到左投影机的画面,右眼只能看到右投影机的画面,从而产生立体视觉。在1966年,麻省理工学院就研制出了头盔式显示器,现在我们在电影里也总能看到这种设备,有些看起来就像太阳镜一样。市场上也有卖的,每个眼睛前有一片液晶屏幕,不过没有那么拉风就是了。估计过两年这种眼镜可能就会有让人能够接受的产品问世,让人可以边走路边看电影。当然,对于使用这么炫的眼镜的人来说,撞电线杆也是一种可能的风险。总之,视觉的虚拟也比较容易解决。

    那么嗅觉呢?我们都知道,嗅觉是因为鼻腔里的嗅觉细胞捕捉到了气味分子。可不可以像喷墨打印机的彩色墨盒一样,让它在适当时间释放出合适的气味呢?这问题也不大,只要味道数量不太多的话。早在2004年,日本奈良尖端技术研究生院就做出了这种东西,不过只能提供八种味道。现在的人哪,真是太能耐了,这么点小事难不倒的。两三年之内,有些手机就能发带香味的短信了,虚拟嗅觉也会出现的吧。

    触觉比较麻烦。人的触觉感官遍布皮肤,而且会根据程度不同,产生出压觉、温度觉、肌动觉(感受震动,或叫位置觉)、痛觉、麻木五种基本的皮肤感觉。看起来只好用什么材料覆盖身体表面,靠它们来产生触觉了。比尔·盖茨在《未来之路》里描述了一件触觉紧身衣,现在看来都还算是比较靠谱的设想。但是这东西说起来容易,做起来难度却也不小。时不时能听说某某工作室或者某某公司开发出了这种产品,但是到现在,还是找不到上市的产品。退而求其次的话,数据手套可能是一个不错的替代品。1982年就有人设计出了数据手套,用来作为虚拟现实的输入装置,把人的动作传递到计算机中,但是当时它没有反馈功能,也就是说,它并不会因为你在虚拟世界里端了一杯水或者一桶水而有所区别。现在有些用来玩赛车游戏的方向盘已经具备了力反馈功能,但是这种设备相对于人皮肤表面密密麻麻的触觉感官来说,还是太粗糙。

    (虚拟现实设备。从左上到右下分别为遥控手柄、感应头盔、数据手套和另一个遥控手柄)

    味觉……写到这里的时候,我几乎要放弃了。太难了。人的味觉来源于舌头上的味蕾,但是我们品评食物的时候,却不仅限于用舌头判断。不同的食物给牙齿的感觉也不一样,米饭的软,面条的韧,薯片的脆,该怎么虚拟出来呢。更不要提那些“弹牙”的佳作——参考一下周星驰的《食神》——难道要把嘴里也塞满橡胶、金属和电线才行吗?我们可还要留着嘴在虚拟世界里说话呢……

    看来这条路好像进了死胡同。那么有没有别的办法呢?

    想想《The Matrix》(通常译为《黑客帝国》或《二十二世纪杀人网络》)。这部片子里提出的办法好像简单些:直接把信号输进人的脑中。毕竟我们的所有感觉都要通过大脑来判断、综合,那么我们干吗要舍本逐末地虚拟出视觉、听觉和别的感觉呢?直接让大脑以为我们看到、听到或者闻到岂不是更容易?

    呃……不得不承认,这是一个非常诱人的方案。然而,这种解决方案必须建立于一个基础上:大脑是如何工作的?知道的请举手!有非常诱人的奖励!

    遗憾的是,人们到现在还没有弄清楚大脑是如何工作的。我们可以通过电流刺激让视神经没有受损的盲人视野中出现闪烁的亮点,但是甚至没办法让他们“看见”一副线条简单的简笔画。人们对自身的理解还太少太少。也许某人说得对:“如果人的大脑简单到可以被人所理解,那么人将会愚蠢得不能理解自己的大脑。”(这句话是谁说的我不记得了……哪位记得请回帖告诉我,谢谢^_^。)

    好吧好吧。我们现在没有办法实现更逼真的虚拟现实。但是,我们为什么要实现这东西呢?难道真正的现实还不够吗?

    有些情况下,仅仅有现实是远远不够的。虚拟现实最重要的一个特性是:你可以花费更少的代价来犯错。我们都在错误中学习,但是有些错误的代价太过高昂,让我们没法接受。你不能先做一架飞机让它飞起来再看看它会不会往下掉,也不能随随便便去爬一座陡峭的山峰,等自己自由落体的时候才想起忘了去上攀岩课。有时候我们也会想尽可能低成本地完成某件工作,例如设计一栋建筑、搬家甚至是尝试一下新菜谱。我们总要先找出正确的方法然后再开始真正的操作。例如波音777整个设计过程是在一个虚拟现实系统里完成的,它一共由超过300万个零件组装起来。这是一个创举。

    另外,虚拟现实世界里可以体会完全不同的经历。我们现在玩的很多电脑游戏都可以视为虚拟现实系统,想想看我们在游戏里都做了些什么吧。还有虚拟博物馆、虚拟风景区、虚拟地球等等,我们可以做到那些以前做不到的事情。

    除了这些以外,军事仿真、城市规划、室内设计、文物保护、交通模拟、工业设计、远程教育等领域都可以见到虚拟现实技术的应用。虽然它现在还远远没有发展到逼真的程度,但是已经可以帮助人们让工作成本更低,生活更方便,世界更有趣了。

    甚至可能是太过有趣了。如果逼真的虚拟现实系统真的被设计制造了出来,那一天真的来到了,我们该怎么判断我们生活在虚拟世界或者真实世界中呢?

    或者,也许这一切已经实现了?

 

标签:虚拟现实
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