虚拟现实:想骗过人类五感?还嫩了点--百度百家
虚拟现实:想骗过人类五感?还嫩了点
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现在虚拟现实技术和方案在临场感和逼真度方面确有大幅提升，但在使用的舒适度、适用范围和性价比等方面还存在很明显的缺陷。虚拟现实骗过人类五感？愿望很美好，但技术还嫩了点。
在世界杯期间，我在微博上与一位复旦中文系的老师发生了一些争论，其中争论的核心是眼镜会不会迅速颠覆现有的显示设备，从而到达一种亦幻亦真的全新视觉体验境界。不可否认的是，以头戴显示器、索尼 Project Morpheus为代表的虚拟现实设备正在呼啸而来，现在虚拟现实技术和方案在临场感和逼真度方面确有大幅提升，但在使用的舒适度、适用范围和性价比等方面还存在很明显的缺陷。人们对虚拟现实的愿景充满期待，但我认为现有的民用领域的技术储备，还不足以在短期内支撑起虚拟现实产业的快速普及。虚拟现实骗过人类五感？愿望很美好，但技术还嫩了点。
想骗过眼睛？现在还差得远
人类总是对美好的事物充满遐想和憧憬，第一个提出伟大设想的人是天才，但第一个用技术手段把它变成现实的同样是天才，而且笔者认为在当下后一种天才更加稀缺。
虚拟现实有很多的定义，大家可以去百度百科或者维基百科找到很详尽的答案，但我对虚拟现实的认识就是它是一门“欺骗”的和科学或者艺术，人们通过计算机庞大的运算能力辅助，再加上高精度和高仿真度的图像显示、声场再现、触觉模拟，最终达到一种亦幻亦真的境界。
但现有的技术和产品显然还未做到以假乱真，就像今年春晚上出现的从管子里抽面包的魔术一样，我并不否认魔术和虚拟现实技术的魅力，但技术要不过关，始终骗不过人敏锐的眼睛。
现在Oculus Rift可以算是虚拟现实设备中的明星，这款产品主要是针对游戏而设计的，这算是现在体验效果最棒的头戴式显示器之一，但它的分辨率也仅为，而有国外的研究数据显示，人眼的中心像素（120度视角）将达到5.76亿，如果按照180度视野来算，那么人眼的有效像素数量将会超过12.96亿。人眼是极为敏锐和强大的，现有的显示设备的精度与人眼能辨识的极限相比，还存在巨大的精度差异。
图注：头戴式显示设备在视野方面相比传统显示器优势明显，带入感更强。
但刚才谈到的分辨率，还只是静态画面的分辨率，如果转换成动态画面，要达到骗过人眼的目的，那么需要庞大的3D实时渲染和贴图计算，如果不计成本，那么现在的GPU和CPU技术或许可以做到，但对于那些1000元左右的显卡和三五千元的PC而言，要达到能骗过人眼的3D实时渲染是不现实的。在一些Oculus Rift使用报告中我们可以看出，一些在笔记本电脑上运行DEMO的用户，对画面不连贯的体验更为明显，这说明即便是分辨率不高的Oculus Rift都需要比较强大的GPU能力，如果分辨率达到4K级别，那么对3D运算的能力将有可能是十倍以上的提升，要骗过人眼，显示系统，后台运算系统，这些都要有几代的性能提升才有可能做到。
听觉容易骗 技术很过关
声音对于环境和氛围的塑造作用巨大，有很多恐怖3D电影中，其实声音给人的惊悚感和压迫感，甚至比3D画面还严重。我在十几年前对音频技术非常痴迷，那时声卡技术的一个重要方向就是解决声场精确的三维定位技术。Aureal A3D与创新的EAX两种3D定位技术都很棒，虽然那时他们相互攻击，标榜自己才是最好的，但从现实使用的情况来说，我认为它们已经可以让你在声音上身临其境了，本质还在于人耳的敏锐度相比眼睛还是迟钝一些，未来虚拟现实方案中我个人更倾向采用耳机类的方案，轻巧灵活，而且定位就已经非常准确了。现在的影院的音频系统有了更高级的DTS和杜比环绕立体声方案，但他们需要更专业的设备和更严苛的使用空间。
图注：交互系统对于提升虚拟现实的现实感帮助很大。
交互系统也是虚拟现实的核心之一，现在人们可以通过语音识别、肢体动作识别，体感手套或者体感背心等设备，来完成人与虚拟系统的人机交互，笔者认为就民用领域来说，现有的人机交互技术在精度和自然度上都有一些瑕疵需要更新的技术去弥补，但因为人体触觉、味觉、嗅觉在长期进化时都有所退化，所以我认为未来技术上骗过这三觉的可能性也比较大。
舒适感和安全感难以满足
现有的虚拟现实方案与3D电影一样，都面临着一个非常现实，那就是很多人会出现身体的不适感。我试用过一些头戴式显示器，虽然他们给我强烈的真实感，但也让我感觉到了眩晕感。目前3D电影和头戴式显示器之所以能够出现3D效果，其实是利用了人眼的视差原理，在观看3D电影或者带头戴式显示器玩游戏时，人眼的对焦习惯其实是与我们日常生活中不同的，尤其是在使用头戴式显示器后，人体的平衡系统会因视觉被屏蔽产生严重的影响。从应用角度来说，娱乐将是虚拟现实技术应用的一个重要领域，但现有的虚拟现实技术会带给人强烈的不安和舒适性，这是我觉得它无法普及的最大障碍。
日本是研究3D显示技术非常早的国家，但3D显示设备的正式上市的时间却并不长，原因就是基于健康的原因，甚至早期的3D显示设备会被要求标注长期使用有害健康的提示。
图注：佩戴的舒适度是虚拟现实设备面临的最大挑战，很多用户使用头戴式显示器都会出现眩晕。
有人可能会说，技术问题不是问题，未来技术可以解决一切，我认为这纯属意淫。如果技术可以解决一切，那么人早就不再有生老病死了，可现实是，一个新型的流感就能致命。我认为虚拟现实最大的瓶颈，是要成功欺骗人的感官，而人体是一个充满了奥秘和未知的领域。除了听感，我认为现有的虚拟现实解决方案，在视觉、触觉等方面技术都难以骗过敏锐的人体，未来随着技术的成熟和发展，有可能虚拟现实与真实环境的差距将无限缩小，但那是遥远的未来，起码在三五年内，虚拟现实还骗不过人的眼睛。
现在人们习惯性地会把一项新技术难以普及，归结为售价高昂，但其实高价往往并不是难以普及的罪魁祸首。就拿现在的3D电视来说，大多数升级后有线电视机顶盒的家庭，现在已经有了3D频道，而且现在很多新款的IPS屏的电视，都支持3D功能，但真正戴上3D眼镜看电视的用户还是少只有少，其实最主要的原因就是长期观看会导致不适感或眩晕感。
突发性革命性产品或推翻上述推论
需要特别强调的是，我上文所做的谈的虚拟现实都是指民用领域，技术和产品也都是指现有技术。美国为首的西方国家现在已经将虚拟现实技术用作飞行训练和实战训练，因为涉及到军事秘密，所以我们对现在美国军用虚拟现实的现状没法做任何准确的判断。
图注：军事模拟训练是虚拟现实最主要的应用场合之一，但由于涉密，所以信息不详。
那么有没有可能虚拟现实技术一夜爆红，然后快速普及?我认为这种情况是有小概率发生的机会，那就是哪家公司取得了突破性的技术改良。之前这种情况在科技产业内有过许多先例，就比如智能手机，当时我对多普达之类的wince智能手机嗤之以鼻，因为那个时代的触控不灵敏，有趣的应用也极为匮乏，那时的智能手机就像个超小号的PC，但苹果和谷歌通过iPhone和安卓重新定义了智能手机，也开启了智能手机快速普及的时代。
但现在来看，我们短期内依然看不到虚拟现实领域出现革命性产品的迹象，Oculus、三星、索尼都具备这个潜力。但要想促使虚拟现实快速普及，还需要革命性的产品横空出世。
虚拟现实其实还有一个途径，那就是像黑客帝国里那样直接将比特流与人脑进行连接，那就不存在前文所说的五感六觉难以欺骗的问题了，一切似乎都会变得如梦境般真实。但那会带来全新的伦理危机，如果那时你受到一段病毒代码的感染，那么你的身体被代码控制去为非作歹，受控制方要承担法律制裁吗？在比特流与脑电波能直接沟通后，人会不会在沉浸式的虚拟现实中迷失自我？人会不会过度依赖万事都顺着自己的虚拟现实情侣？这些问题我们可能都将面对，虽然现在来谈这些似乎是杞人忧天，但也许，这就是明天就要面临的烦恼。
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第1页：虚拟现实核心技术大揭秘2015年的谷歌I/O大会在5月28日至29日于旧金山举行，虚拟现实作为重要的议题引发了无数人的探讨。虚拟现实对普通的网友来说可能还是一个陌生的词汇，但是在业内人士眼中虚拟现实绝对会成为下一个杀手级技术。今年的谷歌大会再次让大家把目光投放到了虚拟现实技术，但它还并未真正被大众所理解。可能有些人会说，虚拟现实就是佩戴着一个笨重的头戴显示设备，观看一些虚拟出来的内容，会有一种置身其中的感觉；可能有些人还是会问，虚拟现实到底是什么？4大瓶颈难逾越&虚拟现实核心技术大揭秘按笔者所理解，目前的虚拟现实技术的呈现，主要是体验者依靠全封闭的头戴型显示器观看电脑模拟产生的虚构世界的影像，并配有耳机、运动传感器或其他设备等，为其提供视觉、听觉、触觉等方面的感官体验，虚拟现实系统的整套设备可以根据体验者的反应做出反馈，使体验者达到身临其境的感觉。目前，虚拟现实技术大家来说还是充满了神秘感，除了知道各高端品牌推出的头戴显示器外，恐怕对虚拟现实技术就再无太多的了解了。想必大家都会觉得虚拟现实技术是一门高新技术，但其实不然，早在1965年就有科学家在论文中提及了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，而第一个头戴显示器早在1966年就由MIT林肯实验室研制成功了。虚拟现实技术大家来说还是充满了神秘感下面笔者就从虚拟现实相关技术、虚拟现实设备、虚拟现实的不足等三个方面，为大家层层揭开虚拟现实技术神秘的面纱。
第2页：3D模型实现了现实的虚拟一、3D模型实现了现实的虚拟笔者认为从本质上说，虚拟现实是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，因此具有多感知性、存在感、交互性、自主性等重要特征。其实，虚拟现实技术并不是一项单一的技术，而是多种技术综合后产生的，其核心的关键技术主要有动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等五大项。一张图带你了解虚拟现实系统●动态环境建模技术动态环境建模技术是虚拟现实比较核心的技术，它的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。●立体显示和传感器技术虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要，虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围有待提高。同时，显示效果对虚拟现实的真实感、沉浸感，都需要通过高的清晰度来实现。●系统开发工具应用技术虚拟现实技术应用的关键是寻找合适的场合和对象，即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。为了达到这一目的，必须研究虚拟现实的开发工具。例如，虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。●实时三维图形生成技术目前，三维图形技术已经较为成熟，其关键是如何实现“实时”三维效果的生成。为了达到实时的目的，至少要保证图形的刷新率不低于15桢/秒，最好是高于30桢/秒。在不降低图形的质量和复杂度的前提下，如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。●系统集成技术集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术也起着至关重要的作用。另外，虚拟现实系统主要由检测模块、反馈模块、传感器模块、控制模块、建模模块构成。检测模块，检测用户的操作命令，并通过传感器模块作用于虚拟环境。反馈模块，接受来自传感器模块信息，为用户提供实时反馈。传感器模块，一方面接受来自用户的操作命令，并将其作用于虚拟环境；另一方面将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。控制模块则是对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。建模模块，获取现实世界组成部分的三维表示，并由此构成对应的虚拟环境。在五个模块的协调作用下，最终够建出3D模型，实现对现实的虚拟。
第3页：它模糊的虚拟与现实界限二、它模糊的虚拟与现实界限虚拟现实系统根据体验者参与形式的不同大致可分为四种模式：桌面式、沉浸式、增强式和分布式。桌面式以普通显示器或者立体现实器影像为呈递窗口；沉浸式利用头戴式显示器显示影像；增强式则是把真实环境和虚拟环境叠加在一起，现在已成为虚拟现实的分支，即增强现实；分布式则是将异地不同用户联结起来，共同观看、操作同一虚拟世界中的内容。同时，虚拟现实系统还可以配备位置跟踪器、数据手套和其他辅助设备、设施等，为体验者提供更真实的沉浸感现实体验。目前，最为受推崇的应该要算沉浸式虚拟现实系统了，下面笔者就以其为例，介绍一下已经实现产品化的虚拟现实设备。●头戴式显示器谷歌、三星、索尼等公司都推出了自己的显示头戴产品，大部分已投放到市场中，以具有领航者身份的Oculus&Rift显示头戴最具代表性，其拥有110°视角，全封闭视觉环境。在戴上它之后，使用者将看到另一个虚拟的世界，通过双眼视差以及画面变形，使用者会有很强的立体感与景深感，仿佛置身虚拟世界当中。此外设备中配有陀螺仪、加速计，用以追踪头部转动，达到更加强烈的浸入感。三星Gear&VR头戴式显示器●数据手套&数据手套也是虚拟现实系统的重要组成，集成了传感器技术和光纤技术等，可以实时获取人手的动作姿态，感知手指关节的弯曲状态，精确定位，产生力反馈，在虚拟现实环境中再现人手动作，已达到人机交互的目的。数据手套&目前，虚拟现实数据手套主要有5DT、Cyber&Glove、DGTech等公司生产，根据使用者的需求，提供不同配置、精确度的版本选择，价格在几千元到几万元间不等。●全方位跑步机虚拟现实跑步机，必然不同于一般的跑步机，它底部是一个平面光滑平台，基本是由三根支架固定，中间的腰环来固定人体的位置，可能需要特殊的鞋子，可实现走、跑、坐、下蹲、跳跃、小幅度平移等动作。目前，&Cyberith公司推出了Virtualizer，Virtuix公司推出了Omni等产品，国外的消费者们已经可以购买到了。全方位跑步机以Virtuix&Omni虚拟现实跑步机为例，其需要与Oculus&Rift虚拟现实头戴装置或PC控制器来配合使用，无法独立运行。在配备了专用的跑鞋、游戏枪之后，就可以用第一人称的视角来进行FPS射击游戏，可以模拟在游戏中的场景，根据自己的自由意志进行自然的移动，真正的做到“跑起来”的感觉。Virtuix&Omni专用的跑步鞋可以通过与跑步机地盘上的传感器同步数据，并且在佩戴Oculus&Rift之类的虚拟现实设备之后，玩家转头、侧身等动作都可以在游戏中同步，带来绝对身临其境的感受。可以说整套系统最大程度的整合了视觉、听觉、动作等因素，给人以极大的逼真感，彻底模糊了虚拟与现实的界限。
第4页：虚拟现实难以突破的瓶颈三、虚拟现实难以突破的瓶颈●无法完全解决的眩晕感——你可能会呕吐目前，虚拟现实体验上的最大问题就是眩晕感。体验者在适应全新的感官环境时，可能会出现类似晕车的状况。虽然一些研究人员表示在虚拟影像中添加一个鼻部图像，可能会帮助体验者更好地适应，但目前尚未得到虚拟现实设备及软件厂商的支持。虽然一些高端设备在不同程度上解决了眩晕感的问题，但因体验者自身身体状况、适应能力的影响，还是无法完全避免眩晕感的产生，体验者连续佩戴的时间可能无法超过30分钟。无法完全解决的眩晕感●“沉浸体验”和“真实感”难兼得沉浸体验常被作为衡量虚拟现实好坏的一个重要指标，然而在当前的技术条件下，沉浸体验却成了另一个衡量指标——画面“真实感”（即清晰度）的“天敌”。想要画面变得更真实，就需要高清晰度来支持，如果清晰度提高了，那么画面就会离人眼更远，从而降低沉浸体验；反之亦然。之所以会如此，主要是因为屏幕分辨率的限制。我们可以理解为，离屏幕越近，颗粒感越强，而颗粒感，通过透镜放大后进一步明显，从而使得人眼获取的实境比较模糊；如果分辨率没有高到一定程度，就无法解决这个难题。沉浸体验”和“真实感”难兼得如果要达到沉浸体验和清晰度的均衡，至少需要4K的分辨率，但目前，市面上各家VR头戴显示器公司所生产的产品还未能到达这一分辨率，都还在探索如何在“沉浸体验感”和“清晰度”间找到更好的“平衡点”，以求得在相对好的沉浸体验下，不降低清晰度。不过，这个矛盾仅仅是VR硬件上所面临诸多问题中的一个。●屏幕刷新率也是一个难以突破的瓶颈120HZ的屏幕刷新率是保证VR画面接近于现实的最低要求，当前手机屏幕的刷新率基本还停留在60HZ水平，PC显示器可以满足。同时，刷新率的提升，会对芯片的计算、功耗造成很大压力，&这对设备的硬件提出了要求。手忙脚乱的使用者●你也许觉得自己很酷，但别人认为很蠢也许你佩戴上虚拟现实显示器会觉得自己很酷，但从旁观者的角度来说，无疑会感觉你有些怪异和愚蠢。当你佩戴虚拟现实显示器沉浸在虚拟世界里时，你的眼睛被完全蒙上了，看不到现实周围的情况，自言自语或是大笑大叫，显然会让周围的人感到你很滑稽。&另外，对于一些本来就分不清幻想和现实的病人来说，虚拟现实可能会对他们造成更严重的精神问题，加重他们的病情，甚至在严重的情况下，还有可能会出现妄想症。
第5页：虚拟现实是一个造梦的行业即便虚拟现实技术发展慢于预期、也存在一些需要解决的问题，它仍是最有潜力的趋势化技术。屏幕分辨率、刷新率，芯片计算能力、功耗以及元件上的瓶颈，直接限制了虚拟现实技术在手机端的发展。硬件和内容的双重掣肘，让虚拟现实很大程度上还只停留在“概念”层面。而资本市场的过度繁荣，虽然带来了一些利好，但并未解决产业的实质问题。虚拟现实技术的发展还不够成熟虚拟现实是一个造梦的行业，立体化的拓展了我们的感知空间，也许现在虚拟现实技术的未来还不能够清晰的被勾勒出来，相关产品的普及也还需要很长一段时间。现在，虚拟现实头戴显示的画面还不够清晰，仍然可以看到像素颗粒，你也无法去触摸你看到的东西，但随着时间的推移，这一切都会有所改观。虽然目前虚拟现实技术的发展还不够成熟，存在着许多争议，但不可否认的是，虚拟现实技术将会成为一种重要的新媒介、新的平台，无论是对于游戏还是社交，亦或是其他更多领域。你会发现虚拟现实的一切都值得去等待
笔者相信无论虚拟现实技术如何发展，产业怎样演进，还有很多的未知等着我们去发现，无论是创新的引领者、推广者还是接受者，都应保持一颗开放、宽容的心来迎接更多的可能。相信，你会发现虚拟现实的一切都值得去等待。
本文来源：中关村在线
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虚拟现实仿真
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