虛擬，最真實

■

2016年被稱為虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）元年，以HTC Vive與Oculus Rift為代表的眾多消費者級VR設(shè)備的出現(xiàn)，讓VR進入千家萬戶指日可待。

當虛擬融入現(xiàn)實

什么是現(xiàn)實？什么是虛幻？

在經(jīng)典科幻電影《黑客帝國》（The Matrix）中，幾乎所有人都生活在一個由人工智能（Artificial Intelligence，AI）支配的世界中。在這個世界中，名為“Matrix”的智能母體通過向大腦直接傳輸數(shù)據(jù)，給人們帶來視覺、聽覺、觸覺、味覺等各種感官體驗。人類生活在計算機程序設(shè)定的故事情節(jié)中，卻感覺無比真實。

這部1999年上映的電影與其他經(jīng)典的科幻電影一樣，有著深刻的預(yù)言意味。在影片中，導演沃卓斯基兄弟（the Wachowski brothers）描述了一種可能：我們感知到的現(xiàn)實是大腦接收、加工與綜合各種感官刺激的結(jié)果，只要能向大腦提供逼真的感官刺激，便可以創(chuàng)造真實。這就是如今我們所說的VR背后的基本原理。

蘇澤蘭的VR設(shè)想

早在1965年，“計算機圖形學之父”蘇澤蘭（Ivan Sutherland）就提出了VR的設(shè)想，他也因此被認為是“VR之父”（之一）。他發(fā)表了《終極顯示》（The Ultimate Display）一文，描述了自己對VR的設(shè)想：“它可以顯示一個房間，電腦可以控制房間中一切東西的存在，房間中的椅子逼真到似乎可以坐上去，顯示出的手銬簡直可以銬人，子彈好像能置人于死地。只要用適當?shù)某绦?，就可能?chuàng)造出文學作品《愛麗絲漫游仙境》中的奇境?！?/p>

僅僅3年后，蘇澤蘭和他的學生就把設(shè)想初步變?yōu)榱爽F(xiàn)實。他們開發(fā)了世界上第一款頭戴式顯示器（head-mounted display，HMD）。這款被稱為“達摩克利斯之劍”的設(shè)備如今看起來十分笨重，卻證實了對VR而言最重要的一種感覺虛擬——視覺虛擬——是可行的。視覺之所以重要，是因為人類接收到的外部信息80%以上源于視覺。心理學巨擘史蒂夫·平克（Steven Pink）在其名著《心智探奇》（How the Mind Works）中將視覺感知描述為心智的四大能力之一。半個世紀后的今天，頭戴式顯示器仍然是沉浸式VR技術(shù)最重要的組成部分。視覺模擬的逼真程度是影響VR真實感的主要決定因素。

VR設(shè)備與軟件的發(fā)展

潛在的巨大應(yīng)用市場推動了VR技術(shù)的迅猛發(fā)展。隨著硬件成本的降低，VR設(shè)備開始從高端實驗室走入尋常百姓家，消費級VR設(shè)備開始進入普通大眾的視野。例如，索尼公司的虛擬現(xiàn)實頭盔（Play Station VR）自2016年10月起正式開售，截至2017年6月，銷量已經(jīng)突破百萬臺。截至2016年年底，另外兩大主流VR廠商推出的HTC Vive和Oculus Rift也分別售出42萬臺和24.3萬臺（數(shù)據(jù)源自Super Data）。同時，用于移動端的虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示器（Gear VR）的銷量更是突破了500萬臺。雖然這些VR設(shè)備的價格已降至3 000元人民幣左右，但仍需要價格過萬元的計算機（主要是需具備高性能顯卡）的支持。

VR硬件發(fā)展一片光明，VR應(yīng)用軟件卻處于迷茫與困惑之中。在2016年的上半年，VR充分吸引了人們的眼球，但由于沒有期望中的“殺手級”應(yīng)用出現(xiàn)，2016年下半年，整個VR市場一度進入寒冬期。2017年第一季度，投資者對VR的投資有所回暖?？墒顷P(guān)鍵的問題在于，究竟應(yīng)該設(shè)計開發(fā)怎樣的VR應(yīng)用才能引爆市場？在回答這個問題前，開發(fā)者需要了解VR這種新媒介與廣播、電視、手機等傳統(tǒng)媒介的最大不同之處。我們認為，答案就是，VR給用戶提供了超強的沉浸感與臨境感。

使VR更逼真的影響因素

臨境感強調(diào)VR使用者的主觀感受——在多大程度上，VR用戶感覺自己身處VR環(huán)境之中，而不是肉體所處的物理環(huán)境。已有研究者總結(jié)了影響臨境感的主要因素：

（1）硬件設(shè)備的指標。例如，顯示圖像的刷新率和用戶報告的臨境感強度具有正相關(guān)，能夠產(chǎn)生臨境感的最小刷新率為15赫茲。又如，用戶頭部移動追蹤設(shè)備的檢測延遲也與臨境感密切相關(guān)，移動追蹤的延遲越小，臨境感越強。

（2）陰影?，F(xiàn)實世界中總是充滿光影，陰影是影響用戶視覺真實性感受的重要因素之一。有研究指出，在虛擬場景中使用動態(tài)移動的陰影要比使用靜態(tài)陰影或者沒有陰影更能引發(fā)強烈的臨境感。

（3）聲音。聲音對臨境感有很大的影響。有研究表明，與沒有特定方位的聲音或沒有聲音相比，有特定方位的聲音會增強用戶的臨境感。另外，在虛擬場景中，與視覺信息同步的聲音可以提高用戶的自我運動感，而這種自我運動感的提高也有助于增強臨境感。

（4）觸覺反饋。觸覺反饋對增強臨境感的作用非常明顯。以使用虛擬坑的實驗為例，當現(xiàn)實中真實的木質(zhì)地板與虛擬坑周圍的虛擬木質(zhì)地板相匹配時，靠近虛擬坑的用戶能得到真實木質(zhì)地板的觸覺反饋，從而獲得更強的臨境感?，F(xiàn)在許多企業(yè)與研究機構(gòu)非常重視觸覺模擬的研發(fā)，也正是看到了觸覺模擬對于增強臨境感的重要性。

（5）虛擬化身。所謂虛擬化身是指用戶自己在VR中的身體形象。常用的虛擬化身有完整的3D人體模型，或者是部分身體（如手部）的3D模型。研究顯示，在VR中擁有虛擬化身的用戶，要比在VR中沒有虛擬化身的用戶擁有更強的臨境感。

（6）本體運動反饋。由于現(xiàn)在的頭戴式顯示器基本都有數(shù)據(jù)線與計算機相連，并且監(jiān)控頭戴式顯示器位置和朝向的傳感器只能支持一定距離（通常是數(shù)米）內(nèi)的追蹤，所以用戶在VR環(huán)境中無法大范圍地行走，否則不是扯到數(shù)據(jù)線就是撞到墻。因此，目前在VR中的移動通常通過操作輸入設(shè)備（比如和VR頭盔配套的控制手柄）來實現(xiàn)。有研究顯示，讓用戶通過真實行走來控制其在VR中的移動，可以增強用戶的臨境感，而且可行走的范圍越大，臨境感就越強。

大家可能會猜測，臨境感尤其應(yīng)該與VR提供的視覺模擬的真實程度相關(guān)。令人驚訝的是，到目前為止，除了前面提到的陰影對臨境感的增強有幫助外，并沒有研究表明高度真實的3D效果會比低仿真的3D效果帶來更強的臨境感。對開發(fā)者來說，這其實是一件好事，因為這意味著在視覺內(nèi)容上，我們可以用更具想象力的方式來設(shè)計，而不需要完美地重構(gòu)現(xiàn)實世界。臨境感是VR體驗的核心。事實上，臨境感正是通過影響用戶的VR體驗，對VR應(yīng)用產(chǎn)品的效果產(chǎn)生至關(guān)重要的影響的。臨境感越強，用戶就越感覺自己身處VR世界。因此，要設(shè)計一款優(yōu)秀的VR產(chǎn)品，想方設(shè)法增強臨境感是重中之重。

VR對人和社會的影響

早在2011年，美國斯坦福大學的杰里米·拜倫森（Jeremy Bailenson）和加利福尼亞大學圣芭芭拉分校的吉姆·布拉斯科維奇（Jim Blascovich）所著的《虛擬現(xiàn)實：從阿凡達到永生》（Infinite Reality:Avatars, Eternal Life, New Worlds, and the Dawn of the Virtual Revolution）第一次系統(tǒng)地結(jié)合VR與心理學，為讀者描繪了種種與VR息息相關(guān)的未來圖景。在此基礎(chǔ)之上，我們提出了一個更深遠、更具體的問題：VR對人有什么影響，繼而對人類社會有什么影響？VR技術(shù)的特色與優(yōu)勢都是通過它的使用者——人——來實現(xiàn)的。因此，要想真正發(fā)揮VR技術(shù)的潛能，就必須了解VR與人以及人類社會的關(guān)系。自20世紀90年代開始，學術(shù)界已積累了不少關(guān)于VR對人的影響的研究。大量研究顯示，VR技術(shù)對人的影響涉及方方面面：從人對內(nèi)部自我和外部世界的認知到身心健康，再到社會交往與教育。

VR對人的這些影響源自不同的原因。有的影響源自VR世界與真實世界的差別，比如VR中的迷航現(xiàn)象是因為人在VR中進行空間巡航時所采用的感官信息與在現(xiàn)實生活中采用的信息不同；有的影響源自VR的高臨境感，比如VR鎮(zhèn)痛正是利用了VR的臨境感讓患者忽略真實世界中的疼痛；有的影響源自VR可以將想象的內(nèi)容變得逼真，用近乎真實的“經(jīng)歷”改變?nèi)说南敕?，比如海神效?yīng)就是通過讓人體驗前所未有的身份而改變認知。當然，還有一些影響背后的成因仍需要研究者的進一步探索和確認，比如VR暈動癥、空間壓縮效應(yīng)等。

一方面，隨著VR技術(shù)仿真度的不斷提升，目前已知的VR會對人產(chǎn)生的影響還會發(fā)生新的變化，可能是正面的變化，也可能是負面的變化。比如，隨著VR技術(shù)的發(fā)展，通過VR進行社交的用戶體驗到的社交臨境感將越來越強，身處兩地的用戶能夠真正面對面地交流。但是，高度逼真也會加劇虛擬世界中暴力行為對人的刺激，受刺激的用戶可能會在現(xiàn)實中做出攻擊行為。這警示我們，在發(fā)展技術(shù)的同時，必須預(yù)先考慮如何控制技術(shù)發(fā)展帶來的負面影響。

另一方面，開發(fā)者可以利用VR的種種特性，比如高臨境感、第一人稱體驗、信息實體化等來設(shè)計造福人類的產(chǎn)品。VR教育應(yīng)用就是一類非常有希望帶來革命性影響的應(yīng)用，當這樣的應(yīng)用成熟后，人類將前所未有地在有限的生命時光里獲得無窮的知識與體驗。但是，該如何使用VR去設(shè)計相關(guān)的應(yīng)用，從而發(fā)揮最大的效果，仍需要相關(guān)研究者和從業(yè)人員不斷地尋找答案。