永無(wú)止境的VR

稅午陽(yáng)

北京師范大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院高級(jí)工程師，教育部虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用工程研究中心和文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)與虛擬現(xiàn)實(shí)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究骨干，北京圖象圖形學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員。

在電影《頭號(hào)玩家》中，所有的故事都圍繞著一款名為《綠洲》的虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲展開，故事主人公在這個(gè)虛擬世界中扮演著獵人的角色，并展開了一系列驚心動(dòng)魄的冒險(xiǎn)歷程。

電影中那個(gè)精彩紛呈的虛擬游戲世界的基礎(chǔ)就是很火爆的VR技術(shù)?！额^號(hào)玩家》在國(guó)內(nèi)上映，引發(fā)了觀眾對(duì)于VR技術(shù)的強(qiáng)烈興趣。電影中，未來世界的人們通過VR眼鏡，進(jìn)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(diǎn)就是讓人們體驗(yàn)“真實(shí)”的虛擬世界。它通過VR相機(jī)采集、景象制作設(shè)備、計(jì)算機(jī)軟件、VR眼鏡等成像設(shè)備聯(lián)合提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓我們進(jìn)入虛擬的世界中，如同身臨其境。

電影中對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來發(fā)展應(yīng)用的暢想，讓大家對(duì)VR有了更具象的想象?！癡R”是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，近年來在全世界掀起了一股浪潮。從2015年開始，網(wǎng)民對(duì)VR的關(guān)注度開始逐步上升，VR游戲開始成為熱點(diǎn)，尤其是一些產(chǎn)品的發(fā)布成為網(wǎng)民的關(guān)注點(diǎn)。國(guó)內(nèi)VR處于啟動(dòng)期，2016年可以說是VR產(chǎn)業(yè)化的元年。預(yù)計(jì)VR市場(chǎng)規(guī)模， 將以每年3～5倍的增速，到2020年將達(dá)到550億元。VR的發(fā)展具有時(shí)代需求性，目前VR應(yīng)用主要集中在一些極客人群和專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，預(yù)計(jì)在未來2～3年，VR相關(guān)產(chǎn)品將迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)，未來5～10年，VR技術(shù)將逐漸成熟并得到普遍應(yīng)用。從現(xiàn)有數(shù)據(jù)可以預(yù)測(cè)VR的普及速度會(huì)慢于智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備，快于無(wú)人機(jī)。

大咖零距離

Q：我們距離電影《頭號(hào)玩家》“綠洲” 這款虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中的技術(shù)有多遠(yuǎn)？游戲中展示的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，哪些已經(jīng)在我們的現(xiàn)實(shí)生活中得到了應(yīng)用呢？

A：《頭號(hào)玩家》當(dāng)中的綠洲這款游戲應(yīng)該是虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的巔峰代表之作。從VR游戲的開發(fā)技術(shù)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(shí)時(shí)性方面，還有一些差距。

綠洲這款游戲中，現(xiàn)實(shí)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(xiàn)實(shí)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(zhì)的服裝，感受虛擬現(xiàn)實(shí)中的反饋，進(jìn)而傳遞到現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的游戲玩家身上，使得他們可以感受到數(shù)據(jù)的或者情感的交流。

我們現(xiàn)在的技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)世界當(dāng)中的玩家和游戲里的虛擬場(chǎng)景進(jìn)行交互方面，可能還達(dá)不到在電影當(dāng)中看到的感覺，體驗(yàn)感沒有那么足。但是在觸覺反饋的技術(shù)、人機(jī)交互的技術(shù)、動(dòng)作捕捉的技術(shù)等方面，不同的學(xué)校，不同的科學(xué)家都在做這樣的工作，我相信用不了太長(zhǎng)的時(shí)間，通過相關(guān)的技術(shù)我們就能夠做出來一些類似于綠洲的、沉浸性非常強(qiáng)、交互性非常強(qiáng)的游戲。

現(xiàn)在有一些常用的交互技術(shù)，比如通過手勢(shì)識(shí)別可以控制游戲當(dāng)中的道具，通過手勢(shì)的抓取就可以實(shí)現(xiàn)游戲當(dāng)中的槍械、物品的抓取，有一些力反饋的設(shè)備，比如《阿凡達(dá)》里的機(jī)器人，可以做到通過力觸覺的反饋，使現(xiàn)實(shí)里的人抓到虛擬現(xiàn)實(shí)中的物體，這些技術(shù)也是可以用到游戲開發(fā)里。

Q：除了游戲領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還應(yīng)用于哪些方面？

A：包括VR技術(shù)在內(nèi)的很多信息技術(shù)，實(shí)際上都是從軍事領(lǐng)域開始運(yùn)用的。比如，VR技術(shù)最早是用于軍事領(lǐng)域的軍事模擬，戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的培訓(xùn)，航天員的培訓(xùn)。

近幾年來，隨著頭戴式VR顯示設(shè)備的出現(xiàn)，VR逐漸應(yīng)用到了游戲領(lǐng)域。

但是，對(duì)于科學(xué)研究而言，我們更多地要將VR技術(shù)與相關(guān)的行業(yè)結(jié)合起來開展應(yīng)用， 例如將VR技術(shù)應(yīng)用于文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)工作，我們和故宮博物院的文保科技部做數(shù)字化青銅器的修復(fù)也取得了一些研究進(jìn)展。

傳統(tǒng)修復(fù)文物一般需要拼接，修復(fù)錯(cuò)了對(duì)文物本身造成損傷，難以彌補(bǔ)，可能造成很大的遺憾。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將文物修復(fù)的過程完全放在電腦里，手工去修復(fù)或者通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)仿真方式修好文物。也可以用3D打印技術(shù)，將文物的殘缺區(qū)域的形狀打印出來，最終可以替代傳統(tǒng)的翻磨。這樣，既有虛擬的數(shù)字化的表現(xiàn)形式，又可以將實(shí)物進(jìn)行真實(shí)的修復(fù)，達(dá)到了虛實(shí)的融合。

目前，我們和公安部物證檢驗(yàn)中心，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展刑偵現(xiàn)場(chǎng)案件的三維場(chǎng)景的重建，可以通過現(xiàn)有的三維掃描的技術(shù)實(shí)現(xiàn)刑偵現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景真實(shí)感的重建，并在顯示器上進(jìn)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(jìn)行案件的偵破或案件的跟蹤。

應(yīng)用較多的還有教育行業(yè)，這應(yīng)該是虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用得一個(gè)比較好或者前景比較顯著的領(lǐng)域。對(duì)于中小學(xué)生而言，像立體幾何在大腦里不太容易想象;學(xué)地理的時(shí)候，很多同學(xué)沒有去過布達(dá)拉宮，沒有去過新疆， 這時(shí)候通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以直觀地、可視化地把剛才提到的知識(shí)通過圖形的形式顯示出來，幫助學(xué)生來理解和學(xué)習(xí)。

Q：目前，本科專業(yè)中并沒有虛擬現(xiàn)實(shí)專業(yè)，當(dāng)初您是如何開始投向這個(gè)方面的研究呢？

A：這里其實(shí)有一段小的故事，我當(dāng)初學(xué)的專業(yè)叫做計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，2002年的一天，我印象中是在新聞聯(lián)播之后有一個(gè)科技博覽的節(jié)目，剛好播出了周明全教授（后來成為我的導(dǎo)師）的關(guān)于兵馬俑數(shù)字化修復(fù)的工作，時(shí)間也就七八分鐘的樣子，但是我當(dāng)時(shí)就覺得好神奇！當(dāng)時(shí)有手勢(shì)三維掃描的設(shè)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(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo)，就可以把碎片拼接起來，一個(gè)完整的兵馬俑出現(xiàn)在我們眼前，才知道原來計(jì)算機(jī)還能做這件事情。當(dāng)時(shí)就覺得我是不是可以選擇這樣的專業(yè)。

我們?cè)谏洗髮W(xué)期間，是沒有虛擬現(xiàn)實(shí)這樣的專業(yè)的，只是學(xué)習(xí)了一些像計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖象處理、計(jì)算機(jī)視覺專業(yè)的課程，真正接觸虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)，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(shí)候才更系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了怎么樣做虛擬現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵的研究方向和關(guān)鍵的研究技術(shù)，才一步一步熟悉了這個(gè)行業(yè)。

Q：對(duì)于有志于從事虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)工作的同學(xué)們，目前應(yīng)該做好哪些準(zhǔn)備呢？

A：對(duì)于中學(xué)生來講門門課程都很重要，我個(gè)人理解可能數(shù)學(xué)跟英語(yǔ)這兩門課更重要一些。我們知道虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的開發(fā)對(duì)于編程和算法的要求是非常高的，而算法和編程對(duì)數(shù)理的邏輯性要求最高，所以數(shù)學(xué)好能支撐學(xué)生對(duì)邏輯性的培養(yǎng)。虛擬現(xiàn)實(shí)會(huì)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖象處理等相關(guān)專業(yè)課的知識(shí)，數(shù)學(xué)是這些專業(yè)課知識(shí)的支撐。

信息技術(shù)是飛速發(fā)展的，也是一項(xiàng)全球化的技術(shù)，不光在國(guó)內(nèi)，國(guó)外很多企業(yè)、院校、機(jī)構(gòu)、個(gè)人，都專注于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究和應(yīng)用。很多新的算法、軟件、資源、設(shè)備、應(yīng)用，都以英文形式發(fā)表、出版或發(fā)布。英文好，可以讓我們?cè)诘谝粫r(shí)間學(xué)習(xí)和掌握一手資料、了解技術(shù)詳情，也方便我們與國(guó)外同行進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。