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虚拟现实技术在媒体中的运用及意义
2012年3月15日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:梁国伟 聂伟

    一、虚拟现实技术概述

    虚拟现实是1989年由美国的兰尼尔J.Lanier最早提出的, “虚拟现实技术是由交互式计算机仿真组成的一种媒体,能够感知参与者的位置和动作,替代或者增强一种或者多种感觉反馈,从而产生一种精神沉浸于或者出现在仿真环境(虚拟世界)中的感觉。”①虚拟现实技术是建立在计算机软硬件技术、人工智能、电子学、传感技术、智能控制、心理学以及多媒体技术等领域之上的更高层次的计算机技术。也可以说是一门集成了人与信息的科学,其核心由多维的交互式计算机环境构成,这些环境可以是仿真的现实形态,也可以是想象的世界模型,其目的是通过人工合成的历史来传达特定的信息。

    虚拟现实技术的特性有以下几个方面:

    1、交互性:操作者与虚拟环境中所遇到的各种对象进行互动交流的能力。在这样的一个技术系统中,操作者不再是被动地接收信息,而是可以与虚拟物体进行多向度交流。

    2、多感知性:除了一般计算机所具有的视觉感知外,虚拟现实系统还有听觉、力觉、触觉、味觉、嗅觉等感知能力。

    3、沉浸性:虚拟现实系统所创造的环境能使操作者具有“身临其境”的感觉,操作作为虚拟环境中的一员存在于虚拟环境之中,就就如同于生存在现实世界中一样。

    4、自主性:虚拟现实环境中的物体,依据现实世界的物理定律而运动。例如:当球体受到人力的推动时,物体会沿着力的方向移动、翻倒、坠落等等。

    5、构想性:操作者可以按照自己的设想,构造定性和定量的环境中,从而在这样的一个构造过程中,检验自己构想的合理性,从而产生新的创造力。

    综上所述,虚拟现实并不是一幅图像、画面或一种声音,而是一种“体验”,对从未体验过的人而言,可将其解释为把人置身于一个由计算机制造出来的、由像素构造的世界之中的一种技术方法。虚拟现实技术是人类智慧高度集中的具体体现,进入虚拟现实环境将会在升华人类智慧的同时,改变人类的生存方式。

    二、虚拟现实技术在当代传播媒介中的应用与汇聚

    (一)虚拟现实技术在电影中的应用

    1、环幕电影

    环幕电影是借助新的科技手段而产生的一种新的电影形式,其特点是电影画面特别大,银幕包围观众厅整整一圈,观众可以站在场地中央随意观看。这种形式的电影是9台摄影机同步全景角拍摄的,再由9台放映放在环形银幕上进行同步放映,形成一个360度的全景式画面。在观看环幕电影时,观众被360度的画面和多路立体声所包围,从而产生一种不同寻常的强烈感受。他们会下意识地感到自己就是电影环境中的一员,随着电影画面的变化而产生不同的情绪反应。

    2、球幕电影

    球幕电影又称“圆穹电影”或“穹幕电影”,是20世纪70年代后期出现的一种新型大银幕电影。该系统用65毫米底片横向输片拍摄,用70毫米拷贝以特制滚环气动机械横向输片放映,影片上画幅面积比标准35毫米影片画幅面积大10倍,因此放映影像大而清晰。影院观众厅为圆顶式结构,银幕为半球形。由于摄影和放映均采用鱼眼镜头,放映出的影像也呈半球形,观众坐在影院里,如同身处苍穹之下。半球形银幕所展示的画面环境,从观众眼前移动着伸展向其身后,同时伴有奥姆尼麦克斯系统的立体声音,使观众产生出极其强烈的在场感。

    3、4D电影

    所谓4D电影,即是由三维立体电影和周围环境模拟而组成一个四维空间。4D影院的座椅具有以气动为动力的喷水、喷气、振动、扫腿等功能,同时,影院内还安装有下雪、下雨、闪电、烟雾等特效设备,可以营造一种与影片内容相一致的环境。

    作为20世纪最具影响力的传播媒介,电影在近百年的与观众面对面交流历史中,本能地感受到观众在影院产生的欲望,是希冀电影媒介构造一个能够满足其潜意识梦幻的世界,因而,在这样一种动力驱使下,其技术发展呈现出超越自身技术体系能力的跳跃性探索,它几乎在互动、多感知、沉浸式体验几个空间向度上同时展开虚拟空间的构造,但是,由于其基本形态主要由机械与化学技术系统构成,这样的一种技术系统,由于其材料与控制系统无法把握自然形态极其复杂的变化,因而,其构造的媒介形态,都仅仅具有概念实验的意味而无法达到完整地模仿现实空间的效果,于是,它创造的种种新型媒介形态,也就成为了电影史上昙花一现的事件。这似乎应验了电影理论家巴赞七十年前所说过的一段话:“如果说,电影在自己的摇篮时期还没有未来‘完整电影’的一切特征,这也是出于无奈,只因为它的守护女神在技术上还力不从心。”②

    (二)虚拟现实技术在电视中的应用

    1、虚拟演播室技术

    虚拟演播室技术是近几年发展起来的一种基于虚拟现实的电视节目制作技术?熏其原理是将摄像机摄取的真实影像与计算机设计的三维虚拟背景空间相融合以形成新的视频图像。

    虚拟演播室系统的关键在于如何产生虚拟背景并将其与前景融合?熏它通常包括?押三维虚拟场景制作、摄像机跟踪、虚拟背景生成、图像合成等关键技术。

    (1)虚拟场景的建模

    在虚拟的三维背景图像生成以前?熏必须先对三维虚拟场景中的各个物体进行建模。制作人员可以通过计算机辅助设计?穴CAD?雪软件如3DMax 、Maya、Soft Image 、Alias 、Flame 等对物体建模。这些工具大都提供了物体精确的几何描述?熏从而可以使所建立的对象不仅在形体上与真实对象酷似?熏而且在形态、光照、质感等方面都十分逼真。

    (2)摄像机的跟踪

    摄像机的跟踪主要采用两种处理方法?押一是机械传感器法?熏二是图形识别法。在基于传感器的系统中?熏 前景摄像机相关参数由摄像机上装备的电子机械传感器来获取。 采用图形识别的系统则过处理摄像机来的视频信号?熏从图像的变化上来确定摄像机的位置。 此外?熏摄像机的确切位置和位移也可以通过激光、超声波、红外线以及其他信号装置来测量。

    (3)背景的生成

    一个三维虚拟场景需要大量的计算工作来处理运动和再生背景图象序列。在实时播出节目时?熏既要求色键控制器中的跟踪以及图像合成都必须实时完成?熏还要保证广播级的图像质量。这就需要像SGI Onxy一类的高级图像工作站才能完成。③

    (4)图像的合成

    在合成之前首先要把前景图像中的人物图像提取出来?熏可以使用传统的抠像技术分离人物图像和蓝色背景。由于前景图像要与最终的三维背景相合成?熏所以必须考虑前景图像的深度信息。深度是指背景和前景演出人员的各像素到摄像机的距离?熏所以这里的合成又可以成为深度合成?穴z -mixing?雪 。当景的深度值小于背景的深度值则输出前景图像?熏否则输出背景图像。

    虚拟演播室技术给电视制作人员提供了一个更为广阔的创作空间,给传统的电视媒介注入了新的生机和活力,为电视媒介的生存与发展提出了新的思路和观念,随着计算机硬件、视频数据采集、图像处理等技术的发展以及数字电视网络的推广与普及,虚拟演播室技术也必将更加成熟。

    2、电视节目现场转播中的虚拟现实技术

    虚拟现实技术作为一门综合性信息新技术,目前已在国外大型电视节目现场转播中普遍使用。在这些虚拟现实技术中,较为成熟的是虚拟广告技术系统。虚拟广告系统可在体育节目或文艺节目的直播期间,将演播室制作的虚拟广告牌插入到赛场或表演场地,或用虚拟广告牌替换掉场地上原有的广告牌,合成后可达到以假乱真的效果。同时,赛场上的可以运用二维或三维的动态形式吸引电视观众的注意力。在这样的一种技术系统中,广告的位置、尺寸不再有任何限制,设置的空间亦可以随心所欲,比如水面、沙滩、雪地或者人迹罕至的世界高峰。④

    以色列的ORAD公司是当代虚拟演播室、虚拟广告、体育广播电视设备和网上广播应用技术开发的前沿企业。近年来,他们开发的 IMadGINE 、Cyber Sports等产品,能够在现场直播环境下为电视加入三维图文、动画和视频的功能;能在各种天气条件下处理快速摄像机运动。此外EPSIS 公司、美国 PRINCETON 等公司也相继推出了自己的虚拟广告系统。各个厂家的系统虽然各有特点,但原理基本相同?熏其关键技术有摄像机标定、运动模糊、视频对象提取、视频合成等,以下作一个简略的介绍:

    1摄像机标定

    计算机视觉的基本任务之一是从摄像机获取的图像信息出发计算三维空间中物体的几何信息,并由此识别和重建物体,而空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的,这些几何模型参数就是摄像机参数。标定精度的大小,直接影响着计算机视觉(机器视觉)的精度。根据是否需要标定参照物来看,可分为传统的摄像机标定方法和摄像机自标定方法。

    2运动模糊

    运动模糊(Motion Blur)是景物图像移动的效果?熏 它比较明显地出现在长时间曝光或场景内的物体快速移动的情形里。摄像机的工作原理是很短的时间里把场景在胶片上曝光。如果在曝光的过程中,场景发生变化,就会产生模糊的画面。不难发现在视频流中的每一帧图像中的运动物体是存在模糊的,但是由于人眼的视觉暂留特性,使得人感觉是平滑自然的。

    3视频对象提取

    视频对象提取就是把视频、图像分割成不同对象或者把运动对象从背景中分离出来,然后针对不同对象采用相应编码方法,以实现高效压缩。视频对象分割被认为是一个具有挑战性的难题。目前进行视频对象分割的一般步骤是:先对原始视频、图像数据进行简化以利于分割,这可通过低通滤波、中值滤波、形态滤波来完成;然后对视频/图像数据进行特征提取,可以是颜色、纹理、运动、帧差、位移帧差乃至语义等特征;再基于某种均匀性标准来确定分割决策,根据所提取特征将视频数据归类;最后是进行相关后处理,以实现滤除噪声及准确提取边界。

    4视频合成与同步技术

    视频合成的过程也就是广告位置背景视频信号,虚拟广告和广告位置上视频对象这三层视频信号的同步叠加过程。同时要使虚拟广告与背景天衣无缝的合成,就要使得让背景视频信号与虚拟广告信号同步。

    (三)虚拟现实技术在网络上的应用

    作为人类得以生存的互动交流活动,只有在数字技术系统下的互联网空间,才有可能得以模仿与实现。也正是在这样的一个技术层面上,虚拟现实技术寻求从人类视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉的身体功能出发,全面地模仿和构造现实的动力才得以迸发出来。互联网借助光缆和计算机的显示屏幕,控制着电子的运行,并能根据操作者的构想,在电子屏幕的界面材料内,完整地创造出一个可以让人类进行信息交互活动的光电子时空,实现了人类跨越时空进行即时交流的梦想。当然,这不是一个完整地复原现实的虚拟现实。目前网络构造的赛博空间,距离严格意义上的虚拟现实空间,还有遥远的距离要走。但是,由于互联网技术系统的材料、动力均由电子构成,控制系统则由人类把握现实空间的数学思维转化成的计算机数字技术构成,因而,它为虚拟现实技术的发展提供了一个潜力无穷的平台。在这样的一个技术平台上,我们已经看见,无数直观化仿真人类生存方式的虚拟现实技术,正层出不穷地生长出来:

    (1)电子商务

    电子商务网站中开始出现商品的三维模拟影像展示。企业将产品发布成网上三维的形式,加上互动化演示产品功能的使用操作,使得网上产品几可乱真。

    (2)远程教育

    网络虚拟课堂,虚拟实验室的出现,填补了传统教学所不能到达的空间,给更多的求知者提供了学习和实践机会。与此同时,更为重要的是,在表现一些空间立体化的知识,如原子、分子的结构、分子的结合过程、机械的运动时,较之传统的教学方式,独特的三维互动交流表现出更多的活力。

    (3)虚拟旅游

    随着网络三维技术的发展,越来越多的旅游景点设置了景点的网络虚拟旅游,这些通过逼真的三维景点影象展示,能够在一定程度上满足一些没有到过该旅游地、或没有能力前往该旅游景点游客的审美的需求?熏 例如故宫虚拟旅游、异国风情游等; 同时,虚拟旅游还能够超越现实的景观,再现已不存在、或即将不复存在的旅游景观。

    (4)网络房产销售

    虚拟房展不仅是现房实景的再现,而且它可以在一个立体、动态的画面中,通过互动的方式给出不同的装潢材质供客户挑选,客户选择不同风格的家具或饰品并根据自己的审美观点进行随意布置。同时,通过动态场景演示,客户有完全的自主权可随意在它的样板间中走动、观察。客户可以移动鼠标实现场景的自由移动或改变视角,从不同方向、不同位置浏览房屋的装饰和布局。真正做到方便快捷,不受时间、地点、人数、交通、天气等自然条件的限制。

    (5)网络游戏

    在线游戏几乎可以涵盖网络虚拟现实的全部技术,它运用三维模型、立体声音、仿真人物和其他资源,逼真且实时地构造一个极其复杂的虚拟世界。

    就其目前的技术基础构成而言,大致可以分为以下几个部分:

    (1)由电影媒介演进而来的虚拟现实技术:立体头盔显示器、与显示器内画面运动连接的各种操作设备(手柄、座椅等)、立体声耳机系统等。

    (2)由电视媒介演进而来的虚拟现实技术:虚拟场景建摸、摄象机镜头标定、现实画面与虚拟模型合成等。

    (3)由网络媒介演进而来的虚拟现实技术:实时交互、模式识别、传感、数据融合等等。

    三、虚拟现实技术在当代大众传播中的意义

    人类的文明与发展建立在人类的思考能力以及彼此之间思想传播的基础之上,而传播思想的方法、手段则是建立在传播媒介技术的发明之上。从历史上看,人类感知对象的方法和对象的再现技术从文明开始时就与特定的媒体有关。人类最初的历史纪录是画在洞穴墙壁上的绘画,这些绘画就是用于传递思想的最原始的媒体。从在洞穴墙壁上涂抹的第一种颜料开始,新技术就不断地涌现,从而导致了新媒体的层出不穷。人类不断地探索,以利用每一种媒体更好的表达他们的思想。每一种新媒介的诞生,都在不同程度上改变着获取、传递、交流信息的方式,影响着人类社会的变革。事实上,虚拟现实技术深深扎根并延伸贯穿于传播媒体的发展历史。人类在漫长的岁月里,一直都在尝试用感性和幻觉和表现手法记录这个世界,如透视画法,投影机,立体布景,实体幻灯机以及电影等等。目前,许多的新技术已经超越这些传统手法,以期使人类产生对世界的新奇体验。

    自20世纪初起,对于传播与交流,一直缠绕着语言问题,交错着五种理论视野。海得格尔沉迷于语言的神秘性,认为完整意义的交流实际并不可能实现;奥格登和理查兹则认为语言为正确地理解对方提供了一个无法替代的强力工具;卡夫卡从人的不可知性出发,认为所有形式的交流本质上是徒劳无益的;泊奈斯认为只要愿意倾听别人的声音,善意地理解他人,则人与人在爱的光耀下是可以融合的;杜威与哈贝马斯试图挣脱语言的桎梏,认为只有行为的接触与磨合,才是达到交流的正确途径。

    然而,在物理学家麦克斯维用他那个改变了世界的方程式将电、磁、光、热统一起来以后,文字失去了记录时间、空间和智能的垄断地位。借助照相机,人类捕捉并保留了空间,凭借电影和留声机,人类将时间转化成形象。于是,随着无线电技术的出现,一种新的交流可能性也就随之出现:跨越时空的影像交流方式。在美国媒体理论家彼德斯看来,虽然“书写一直是个人‘性格’的独特表现;这里的所谓性格说明,书写训练和人格观念是统一的。然而,凭借声音和视觉形象的记录,千变万化的面部表情、声音和体态获得万世不朽的性质。”⑤

    显然,影像传播交流方式的出现,是人类试图突破语言的抽象化表述,进入具象化调动身体感知交流的努力。按照彼德斯的说法:“‘交流’观念的思想史,就是现代生活里种种复杂爱欲的记录。我们不能触摸别人的思想(交流失败)的感觉,是由于不能触摸别人身体(远距离交流)而激发出来的。”⑥

    我们把虚拟现实技术看做是人类试图通过触摸别人的身体而进行思想交流之潜在欲望的产物。虚拟现实技术与传统的摄影与录音技术的不同之处在于,它不是通过单纯的物理过程直接记录下光线和声音然后加以再现,而是用抽象的数学形式,用符号来制作声音和图像。“从技术手段上看,虚拟现实的实现主要解决认识对象的再现以及认识主体与认识对象之间的互动关系,也可以说是创造一个与真实认知过程具有同等认知功效的认知环境。”⑦在这种技术创造的媒体中,用户可以通过许多种身体感官来体验一个构想的现实,使其获得身体的体验。这也就是说,“赛博空间意味着与其他人一起精神沉浸,虚拟现实意味着在以计算机为媒介的虚拟世界中的感官沉浸。”⑧虚拟现实根据生理世界所有感官特征提供了比任何别的媒介更适合的环境和信息。

    就目前的技术形态而言,我们似乎还不能将虚拟现实称作是一种独立的媒体形式,但是,虚拟现实有着传统媒体和现有的诸多新媒体都无法相比的技术特性,这些特性包括:多维空间和时间的生产能力、人性化交互性、智能化识别、多人共时参与,以及参与者的感官体验潜能。当虚拟现实技术把这些技术特性集中在同一介质之中,似乎就有可能人类生产一个独立存在于现实之外的另一时空,这是一个由光电子构造的、没有空间距离和时间限制的行动场所,它为人类的身体提供了一个前所未有的生存环境。尽管目前的虚拟现实技术,基本还依托在传统或新兴的媒体上,但是,只要“认识到人类传播系统事实上是一个复杂的、有适应性的系统,我们就能看见所有形式的媒介都生活在一个动态的、互相以来的宇宙中。当外部的压力产生,新技术革命被引入之后,传播的每一种形式都会受到系统内部自然发生的自组织过程的影响”。⑨虚拟现实技术作为一种让参与者可以主动利用身体来感受、汲取知识的技术,正在颠覆参与者与信息的交互关系。从目前的技术发展趋势预测,起码我们可以说,一种前所惟有未有的媒介形态正在各类虚拟现实技术的共同演进、汇聚过程中,即将进入人类的生存视野。

    四、作为传播媒介的虚拟现实前景构想

    目前的虚拟现实现实技术,从一般的意义上来说,还仅仅是一种处理人类身体与媒体界面的技术,随着计算机、材料、智能、生物、仿真、传感等技术的发展,虚拟现实技术必然从目前的媒体界面处理进入一个完整的时空构造工程。在那样的一个人造时空中,人类身体的潜能也许将获得前所未有的释放。根据相关资料显示,以色列魏茨曼研究院哈雷尔教授和米切特教授已经发明了一种装置?熏可以将气味信息转化为一种实际上由一组数字组成的化学“指纹”?熏这些数字信息通过互联网络传送出去后,接收方可以通过他们研制的“解调器”,将化学物质混合,其散发出的气味将使人的大脑做出“虚拟反应”,认为自己闻到的就是原来本应该有的味道。东京大学开发了名为“皮肤感觉显示器″的装置,皮肤感觉显示器使用了竹帘状的薄型电极以及将触觉传送到手指的薄膜。它可以利用两者之间产生的静电力,将物体表面的触觉传送到手指,对每个电极上的电压进行精细调整使静电力发生变化,就能呈现出微米级的凹凸感,用手指描摹画上显示的图片,会有手摸实物的感觉。安立与日本九州大学的研究小组成立的智能传感技术研究机关,从事味觉识别装置的开发,目前已经销售商品。他们对人的舌头的味觉原理进行分析,制造出具有同样功能的系统,使味觉实现数字化。

    形形式式前沿技术研发的迹象似乎正在暗示着某种未来的虚拟现实媒介形态。

    我们现在可以构想作为一名电视观众正在收看由虚拟现实技术生产出来的、对于新闻事件的报道,它也许是在一种立体时空中发生的,具有交互功能的场景实时显现,也可以设想作为一名旅游者进入一个远原始社会的氏族部落,同那些由光影构造的人物一起围着篝火跳舞;甚至,我们还可以根据微软公司“智能住宅”的概念,设想自己身处一幢居于三网合一环境下的住宅,在日常起居中体验一个变换不定的时空生活。但是,我们始终无法说清那一种形态就是我们理想中的虚拟现实形态。因为我们似乎很难分辨清楚,这样的一些技术形态,究竟是某种生存方式还是传播媒介形态。

    这也就意味着,作为一种传播媒介形态的虚拟现实,还处在一个技术的生成过程之中。

    (本论文为黑龙江省哲学社会科学基金支持项目 项目批准号[05B0063])

    (作者分别系哈尔滨工业大学媒体技术与艺术系教授,哈尔滨工业大学媒体技术与艺术系硕士研究生)

   参考文献:

    ①舍曼 Sherman W.等著,魏迎梅等译:《虚拟现实系统——接口,应用与设计》电子工业出版社2004,第9页。

    ②安德烈·巴赞著,崔君衍译:《电影是什么》,中国电影出版社,1987年版,第21页。

    ③张文俊:《当代传媒新技术》,复旦大学出版社,2001年版,第65页。

    ④李晓梅:《虚拟制作在奥运报道中的运用》,《广播电视与制作》,2002年第5期,第27-28页。

    ⑤⑥彼德斯著:《交流的无奈-传播思想史》,华夏出版社,2003年版,第131、171页。

    ⑦张怡、郦全民、陈敬全著:《虚拟认识论》,上海学林出版社,2003年版,第28页。

    ⑧舍曼Sherman.等著魏迎梅等译:《虚拟现实系统——接口 应用与设计》电子工业出版社2004年版,第16页。

    ⑨罗杰·菲德勒著,明安香译:《媒介形态变化-认识新媒介》,华夏出版社,2000年版,第24页。

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