◇ 魏岳江

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）在新媒體報道中應用的前世今生

◇ 魏岳江

提要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）現(xiàn)已進入公眾的視野，特別是今年全國兩會VR成為新媒體報道的高頻詞，一些主流媒體首次嘗試VR報道，甚至有專家預言VR代表下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢。

虛擬現(xiàn)實技術(shù) 大數(shù)據(jù) 新媒體

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）現(xiàn)已進入公眾的視野，特別是今年全國兩會VR成為新媒體報道的高頻詞，一些主流媒體首次嘗試VR報道，甚至有專家預言VR代表下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢。隨之而來的有關VR產(chǎn)業(yè)的報告也輪番出爐，VR產(chǎn)業(yè)拔桿而起，阿里巴巴成立VR實驗室，暴風TV發(fā)布首款VR電視，華為公布其第一代VR眼鏡產(chǎn)品，等等?？梢灶A見，不久的將來移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)應用廣泛，正推動VR技術(shù)成為未來眾多經(jīng)濟社會創(chuàng)新應用的基礎平臺。那么什么是VR？其前世今生、發(fā)展趨勢如何？

一、了解掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）原理，正確認識與模擬仿真的區(qū)別

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）也稱靈境技術(shù)，是隨著微電子技術(shù)不斷進步而逐步發(fā)展起來的一種嶄新三維空間環(huán)境再現(xiàn)技術(shù)。VR是一種以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)的技術(shù)。也就是說，VR利用計算機生成一種模擬環(huán)境，利用多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。截至目前，世界上還沒有關于它的普遍適用的定義，但一般可以認為：它利用各種人機交互技術(shù)為人類在現(xiàn)實空間之外創(chuàng)造了另一個盡可能真實的互動的身臨其境的虛幻世界，使人類可以漫游其中，體驗最真實的虛擬空間，不受任何限制地在自己的夢想里散步。VR已經(jīng)廣泛應用于新媒體、航天、軍事、工程等各種尖端科技領域，并將作為一種先進的技術(shù)手段更為廣泛的應用并影響我們的日常生活。由于虛擬現(xiàn)實在人機交互中使用的顯示器大多是頭盔式增強型隨身看顯示系統(tǒng)，所以，它是隨身看顯示系統(tǒng)最有前景的應用領域之一。 VR，用戶只需戴上虛擬現(xiàn)實裝備，如頭盔、眼鏡等，就可以身臨其境地感受到設備中設置好的各種場景。VR系統(tǒng)一般包括用戶控制系統(tǒng)（如人體運動監(jiān)測、控制桿、鍵盤、鼠標等控制設備）和視覺、聽覺、觸覺、嗅（味）覺等人類感覺方面的仿真反饋系統(tǒng)、處理系統(tǒng)，以及人類感知的信息顯示系統(tǒng)（顯示器、音響、三維座椅）。其中，視覺、聽覺的控制和仿真是目前VR較為主要的發(fā)展方向，而頭盔式增強型隨身看顯示系統(tǒng)則是用戶使用的主要產(chǎn)品形式。

VR是依賴于大量的計算機軟件技術(shù)如人工智能、模式識別、圖形學、底層接口等技術(shù)和新型顯示技術(shù)、場傳感器技術(shù)、力量反饋系統(tǒng)、無線有線通訊等技術(shù)綜合應用的一門邊緣學科。從本質(zhì)上講，VR是對現(xiàn)實世界的再現(xiàn)和夢境的實現(xiàn)；從技術(shù)角度講，它是軟件、硬件領域的前沿技術(shù)綜合應用和直面對象的綜合技術(shù)開發(fā)。VR將可以使人們在頭戴一個頭盔式增強型隨身看系統(tǒng)的情況下，身臨其境的體驗一把夢幻似的虛擬現(xiàn)實。其實，這些虛擬現(xiàn)實場景，就是使用復雜的軟件技術(shù)，預先在計算機中構(gòu)造一個真正的虛擬空間，空間中的每一個點都具有X、Y、Z坐標、色彩、法線、邏輯關系等眾多維度的信息，計算機再通過傳感器、操縱桿、鼠標等用戶輸入設備確定虛擬場景中人的六個自由度位置，最后通過計算機將畫面再現(xiàn)到用戶眼前，從而創(chuàng)造出虛擬空間。這樣的一系列工作如果能夠連貫起來，并且整個系統(tǒng)一個周期的運算時間小于人的視覺暫留時間，用戶就會在頭戴式增強型隨身看顯示系統(tǒng)的大型虛像顯示屏幕上擁有身臨其境地在虛擬現(xiàn)實世界中漫游的感覺了。VR就是創(chuàng)造一個虛擬的環(huán)境，讓你覺得這就是現(xiàn)實。通過這個虛構(gòu)的現(xiàn)實來娛樂你、吸引你。

然而，不能把虛擬現(xiàn)實和模擬仿真混淆，兩者是有一定區(qū)別的。概括地說，虛擬現(xiàn)實是模擬仿真在高性能計算機系統(tǒng)和信息處理環(huán)境下的發(fā)展和技術(shù)拓展。我們可以舉一個煙塵干擾下能見度計算的例子來說明這個問題。在構(gòu)建分布式虛擬環(huán)境基礎信息平臺應用過程中，經(jīng)常會有由燃燒源產(chǎn)生的連續(xù)變化的煙塵干擾環(huán)境能見度的計算，從而影響環(huán)境的視覺效果、仿真實體的運行和決策。 某些仿真平臺和圖形圖像生成系統(tǒng)也研究煙塵干擾下的能見度計算，仿真平臺強調(diào)煙塵的準確物理模型、干擾后的能見度精確計算以及對仿真實體的影響程度；圖形圖像生成系統(tǒng)著重于建立細致的幾何模型，估算光線穿過煙塵后的衰減。而虛擬環(huán)境中煙塵干擾下的能見度計算，不但要考慮煙塵的物理特性，遵循煙塵運動的客觀規(guī)律，計算影響仿真結(jié)果的相關數(shù)據(jù)，而且要生成用戶能通過視覺感知的逼真圖形效果，使用戶在實時運行的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）誕生于20世紀60年代，美國是發(fā)源地

20世紀60年代，VR技術(shù)就已存在了，但可能需要搬很笨重的一臺設備來體驗，因此，在軍工、航空等特別少的專業(yè)領域才會用到VR。美國虛擬現(xiàn)實研究技術(shù)的水平基本上就代表國際虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的水平。20世紀90年代，美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。美國宇航局研究的重點放在對空間站操縱的實時仿真上，大量運用了面向座艙的飛行模擬技術(shù)。如對哈勃太空望遠鏡的仿真，到制定一個叫“虛擬行星探索”的試驗計劃，這一項目能使“虛擬探索者”利用虛擬環(huán)境來考察遙遠的行星，他們的第一個目標是火星。現(xiàn)在己經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護虛擬現(xiàn)實技術(shù)訓練系統(tǒng)，空間站虛擬現(xiàn)實技術(shù)訓練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供美國使用的虛擬現(xiàn)實技術(shù)教育系統(tǒng)。北卡羅來納大學是進行虛擬實現(xiàn)技術(shù)研究最早最著名的大學。他們主要研究：分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。在顯示技術(shù)上，該所大學開發(fā)了一個幫助用戶在復雜視景中建立實時動態(tài)顯示的并行處理系統(tǒng)，叫做像素飛機。麻省理工學院是一個一直走在最新技術(shù)前沿的科學研究機構(gòu)。原先就是研究人工智能、機器人和計算機圖形學及動畫的先鋒，這些技術(shù)都是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎，1985年成立了媒體實驗室，進行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。華盛頓大學華盛頓技術(shù)中心的人機界面技術(shù)實驗室在新概念的研究中起著領先作用，同時也在進行感覺、知覺、認知和運動控制能力的研究。他們將虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究引入了教育、設計、娛樂和制造領域。例如，波音公司的V22運輸機就是先在實驗室中造出虛擬機后再投入生產(chǎn)的。伊利諾斯州立大學研制出在車輛設計中，支持遠程協(xié)作的分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)，不同國家、不同地區(qū)的工程師們可以通過計算機網(wǎng)絡實時協(xié)作進行設計。在設計車輛的過程中，各種部件都可以共享一個虛擬環(huán)境，并且可以查看對方任何一個位置的視頻傳遞和相應的定位方向。在系統(tǒng)中采用了虛擬原型，從而減少了設計圖像和新產(chǎn)品進入市場的時間，這樣產(chǎn)品在生產(chǎn)之前就可以估算和測試，并且大大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。喬治梅森大學研制出一套在動態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實時仿真系統(tǒng)。在一個分布交互式仿真系統(tǒng)中仿真真實世界復雜流體的物理特性，包括仿真正在穿過水面行駛的船、仿真攪拌液體、仿真混合不同顏色的液體、仿真混合不能溶解的油和水、仿真下雨和流動的地形以及仿真流體的相互影響等特性。

三、分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）最佳系統(tǒng)，全媒體進入到VR/AR（MR）時代

虛擬網(wǎng)絡視頻直播、虛擬圖文網(wǎng)絡直播成為今年全國兩會的新亮點。兩會期間，人民日報采取VR（虛擬現(xiàn)實技術(shù)）、H5（第五代應用超文本標記語言）、360度相機，讓今年全國兩會更加清晰透明、立體直觀、全方位播報。網(wǎng)民只要打開客戶端，佩戴VR眼鏡，新媒體設備不僅記錄會議立體多維空間動態(tài)全景，而且讓網(wǎng)民感覺自己仿佛就是現(xiàn)場聽眾，身臨其境地觀察兩會現(xiàn)場的精彩效果。網(wǎng)民用手點擊鼠標或在手機屏幕上隨意滑動手指，眼前就能看到會場的主席臺、發(fā)言席、任何座次位置，以及代表委員精神面貌。人民日報記者還使用一款安裝多個攝像頭的360度全景相機，進行全方位、多角度立體拍攝，既能記錄李克強總理作報告時的神情，也能錄制主席臺上各位代表以及整個會場代表的精神狀態(tài)。新華社對新聞發(fā)布會的直播頁面中，多名記者滾動發(fā)布現(xiàn)場文字、圖片、錄音與視頻，并啟動VR全程直播模式。發(fā)布會剛結(jié)束，光明日報融媒體作品《政協(xié)新聞發(fā)布會VR實況》就已通過微信、微博傳播出去，許多委員還帶上虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)品“VR眼鏡”親身體驗到光明網(wǎng)制作的VR全景視頻新聞。其他省、自治區(qū)、直轄市的融媒體團隊今年對“全景會場”報道技術(shù)也進行了升級，有的首次使用VR全景視頻技術(shù)，在計算機上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺，讓網(wǎng)民走到代表委員座位旁邊，親臨會場當觀眾。

近年來，計算機、通訊技術(shù)的同步發(fā)展和相互促進成為全世界信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的主要特征。特別是網(wǎng)絡技術(shù)的迅速崛起，使得信息應用系統(tǒng)在深度和廣度上發(fā)生了本質(zhì)性的變化，分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（DVR）即是一個較為典型的實例。所謂DVR是指一個支持多人實時通過網(wǎng)絡進行交互的軟件系統(tǒng)，每個用戶在一個虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，通過計算機與其它用戶進行交互，并共享信息。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡的虛擬環(huán)境，在這個環(huán)境中，位于不同物理環(huán)境位置的多個用戶或多個虛擬環(huán)境通過網(wǎng)絡相聯(lián)結(jié)。根據(jù)分布式系統(tǒng)環(huán)境下所運行的共享應用系統(tǒng)的個數(shù)，可把DVR系統(tǒng)分為集中式結(jié)構(gòu)和復制式結(jié)構(gòu)。集中式結(jié)構(gòu)是只在中心服務器上運行一份共享應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以是會議代理或?qū)υ捁芾磉M程。中心服務器的作用是對多個參加者的輸入/輸出操縱進行管理，允許多個參加者信息共享。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，但對網(wǎng)絡通信帶寬有較高的要求，并且高度依賴于中心服務器。復制式結(jié)構(gòu)是在每個參加者所在的機器上復制中心服務器，這樣每個參加者進程都有一份共享應用系統(tǒng)。服務器接收來自于其它工作站的輸入信息，并把信息傳送到運行在本地機上的應用系統(tǒng)中，由應用系統(tǒng)進行所需的計算并產(chǎn)生必要的輸出。它的優(yōu)點是所需網(wǎng)絡帶寬較小。另外，由于每個參加者只與應用系統(tǒng)的局部備份進行交互，所以，交互式響應效果好。但它比集中式結(jié)構(gòu)復雜，在維護共享應用系統(tǒng)中的多個備份的信息或狀態(tài)一致性方面比較困難。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在遠程教育、科學計算可視化、工程技術(shù)、建筑、電子商務、交互式娛樂、藝術(shù)等領域都有著極其廣泛的應用前景。利用它可以創(chuàng)建多媒體通信、設計協(xié)作系統(tǒng)、實境式電子商務、網(wǎng)絡游戲、虛擬社區(qū)全新的應用系統(tǒng)。如教育應用：把分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等領域，由于數(shù)據(jù)更加逼真，大大提高了人們的想象力，激發(fā)了受教育者的學習興趣，學習效果十分顯著。同時，隨著計算機技術(shù)、心理學、教育學等多種學科的相互結(jié)合、促進和發(fā)展，系統(tǒng)因此能夠提供更加協(xié)調(diào)的人機對話方式。工程應用：當前的工程很大程度上要依賴于圖形工具，以便直觀地顯示各種產(chǎn)品。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應用將使工程人員能通過全球網(wǎng)或局域網(wǎng)按協(xié)作方式進行三維模型的設計、交流和發(fā)布，從而進一步提高生產(chǎn)效率并削減成本。

隨著VR硬件設備市場資本不斷涌入，VR頭盔等硬件載體如雨后春筍般問世，全景攝像機首當其沖，我們將進入到VR/AR時代。AR即增強現(xiàn)實技術(shù)，如今全世界也僅僅只有20幾家權(quán)威的公司在進行研究，微軟的技術(shù)已經(jīng)非常的熟練，目標是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動。這種技術(shù)由1990年提出。隨著隨身電子產(chǎn)品CPU運算能力的提升，預期增強現(xiàn)實的用途將會越來越廣。從本質(zhì)上來說，AR是數(shù)字媒體和真實世界之間的交互，我們需要一個充當日?！按皯簟钡臑V鏡。AR的成像理念與VR般的成像體驗打造出了一種以全息投影現(xiàn)實為主的混合虛擬現(xiàn)實MR技術(shù)。在6月1日舉行的微軟開發(fā)者峰會上，微軟CEO薩提亞·納德拉向人們強調(diào)了對Hololens的正確“打開”方式——Hololens既不是VR頭盔，也不是AR眼鏡，而是屬于MR的混合現(xiàn)實設備。MR是將計算機生成的3D虛擬物體全息投射到現(xiàn)實空間中，MR設備的佩戴者可以現(xiàn)實空間中與3D虛擬動畫進行交互式操作，并觸發(fā)相應功能。MR設備的成像原理并不同于沉浸式的VR設備，它也是將虛擬畫面投射到真實空間中，但所投射的全息3D圖像，其成像效果突破了虛擬與現(xiàn)實世界的界限，能夠提供近乎于VR般的沉浸式體驗。然而，盡管MR技術(shù)吸納了AR 設備與VR設備的部分效果，但卻無法實現(xiàn)在Hololens上兼容AR和VR。因為，VR采用的交互手段完全由人工設定，AR則更注重真實物體與虛擬效果的鏈接。要將AR與VR兼容到同一設備上，實現(xiàn)VR和AR終端的硬件兼容，只需要在終端加裝一個攝像頭，解決沉浸式畫面與真實畫面的切換顯示問題，以及隨之而來的界面交互問題。

（作者單位：北京市委前線網(wǎng)）