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揭開VR神秘面紗 探其理論本質_6

2019-06-19 14:08編輯:admin人氣:


  要了解虛擬現實的定義,首先要知道什么是真實,什么又是虛擬?

  如果說客觀物質就代表真實,那我們如何去感知這些客觀物質呢?中國有句古話叫眼見為實,是不是眼睛看到的就是真實的呢?科學家告訴我們,人類看到的、聽到的、聞到的、品嘗到的、觸摸到的東西,都不過是外界刺激的簡化版。比如一般人只能看到波長在380~780nm之間的可見光,紫外線、紅外線以及其他區我們則無法看到(圖1-1),看不到的紫外線、紅外線卻是真實存在的。

  圖1-1 可見光區域

  即便是可見光,不同人眼中的景象也完全不同,近視的人看東西模糊不清,色盲的人不能區分特定的顏色。就像曾經在網絡上引起爭議的藍白裙子,你看到的顏色也許和別人就是不同。動物眼中的世界也是不同的,皮皮蝦擁有十六種感受顏色的視錐細胞,它們眼中的世界更加色彩斑斕;貓狗看到的世界色彩單調,但它們確有出色的夜視能力;有些蛇的視力很弱,但它們能通過紅外線感知周圍。正因為有著諸多的差異,不同人感受著不同的真實,真實變得更加撲朔迷離。我們看到的、聽到的、聞到的、品嘗到的、觸摸到的東西,僅僅只是一種被低解析度的表象。人類所擁有的感官是有限的,還有很多真實我們感受不到,真實遠遠比我們能夠感知的東西要豐富。

  虛擬是真實的相對概念,但虛擬的東西,如果能夠給我們足夠多的感知,我們也會認為它是真實的。我們常常做一些奇妙的夢,夢中的故事設定很拙劣,情節不連貫,甚至人物的身份都飄忽不定,但我們在夢中很少能意識到這些都是假的,意識到這些只是夢境虛擬出來的。我們在夢中或開懷大笑、或淚水漣漣,甚至醒來也無法釋懷,為什么大腦會被夢境欺騙呢?因為大腦接收到信息,并不在乎這些信息是真是假,只要他能完全的反應出真實,那么它就是真實的。

  許多人都有過走神做白日夢的經歷,我們身處鬧市,但心智卻把我們帶到了寧靜的鄉村,大腦甚至屏蔽了周圍所有真實的感覺,任由思緒飛舞,直到別人伸手推一下你或是在你眼前揮舞一下才會打斷你。這個過程有時只有幾秒,有時卻也漫長,這段時間內我們的大腦就算在進行一次虛擬的精神漫游。欺騙大腦另一個經典的案例,1896年,美國加州大學伯克利分校的教授喬治M斯特拉頓做了一個視覺實驗。他戴上一個棱柱眼鏡,這個眼鏡會讓眼睛看到的東西上下顛倒,就像倒立著看世界一樣。但經過短暫的適應之后,斯特拉頓的大腦被徹底欺騙了,即使他戴著棱柱眼鏡,大腦也會把倒立的世界處理成正常的方向,就好像沒戴眼鏡一樣。所以,只要給出正確的感知體驗,我們很容易就能進入虛擬世界。

  Oculus的首席科學家Mike Abrash曾這樣說:即使我們可以看到這么多東西,但是這對于大腦重構整個世界來說信息量還是太少了,所以在幾億年的進化中,大腦開始會不斷地訓練它自己,來進行補充和猜測,從而用有限的信息來重構整個世界。所以事實上,人們認為自己看到的東西,并不是真正就是那個東西真實的樣子。人類就像一個外接多種感應器的CPU,但是充滿BUG,易受干擾還會自我腦補。來自視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺等感覺反饋到大腦中,大腦進行編譯之后形成了我們認為的真實,但這未必就是客觀的真實。舉兩個簡單的例子,圖1-2中,線條1和線條2哪個更長?看起來線條二更長,但實際上他們一樣長,不相信可以找個尺子量一下。

  圖1-2 哪個線條更長?

  圖1-3中,試試用雙眼盯著中心的黑點看,看周圍的色塊是否會慢慢消失。從例子中可以看出,眼見也會有不為實的時候。

  圖1-3 會消失的色塊

  寫了這么多,就是要告訴大家,虛擬現實之所以能夠實現,最大的原因就是我們對真實的感知來源于有限的刺激,只要虛擬現實能夠讓這些刺激看上去更真實、交互上更自然,我們的大腦融入虛擬現實只是時間問題而已。虛擬現實設備也許并不需要去復制一個真實的世界,它只需要輸入正確的內容,滿足人類感官的需求,模擬大腦重構世界的過程,就能讓我們覺得這就是真實。未來,當虛擬現實進入神經科學領域,我們也許能創造一個像《The Matrix(黑客帝國)》那樣的虛擬世界,甚至創造一個現在根本無法相信的新世界,或許,我們在虛擬世界中是一只蝴蝶也不可知。

  這時候我們再來看一下虛擬現實的定義。虛擬現實(Virtual Reality,簡稱VR)最初是由是由美國VPL公司創建人Jaron Lanier在1989年提出的,之后Aukstakalnis和Blatner對虛擬現實作了如下定義:虛擬現實是人們對計算機及其復雜的數據進行可視化以及交互操作的一種方法。

  簡單的說,虛擬現實就是一種人機接口,通過這個這個接口,我們能與計算機模擬出的虛擬環境自然交互,透過看到、聽到、聞到、觸摸到等獲得與真實世界相同的感受。如果大腦能夠完全得到虛擬環境的反饋,我們就能虛擬世界中獲得完美的沉浸感。當我們在虛擬世界中看到一杯紅酒,如果我們可以聞到它的氣味、觸到酒杯的溫度甚至品嘗到紅酒的味道,我們很容易就覺得這就是一杯真實的紅酒。虛擬現實的就是利用人的大腦的易欺騙性,通過各種交互和反饋技術實現沉浸感。虛擬現實與傳統3D顯示、全息投影是完全不同的概念。

  美國科學家Burdea G.和Philippe Coiffet在1993年提出,虛擬現實具有三個重要特性,交互性、沉浸性、想象性(Interactivity、Immersion、Imagination),簡稱3I特性(圖1-4)。

  圖1-4 虛擬現實3I特性

  交互性是指用戶通過技術可與虛擬環境中的對象可以自然互動,這種互動的準確度和實時度影響沉浸效果;沉浸性是指用戶可以完全被虛擬環境所包圍,并通過各種反饋強化虛擬環境的真實感;想象性是指用戶在虛擬現實可再現真實環境,也可以隨意構想客觀不存在的環境,用戶并不只被動接受信息,還可以產生新意和構想,主動去探索信息。

  通俗的說,虛擬現實系統主要由三部分組成:計算渲染層、系統軟件層、顯示交互層(圖1-5)。

  計算渲染層主要負責計算渲染任務,計算機、主機、一體機、手機等終端都可以作為環境構建設備;系統軟件層負責模型的建立、渲染和顯示,還負責驅動硬件對追蹤信號的分析以及產生各種反饋;顯示交互層主要用來輸入輸出信號及跟蹤人的行為,比如頭顯設備、位置追蹤設備、動作捕捉設備、腦電波捕捉設備等。

  圖1-5 虛擬現實系統組成

(來源:未知)

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