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源自电子娱乐,虚拟现实技术应用前景巨大

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2015-08-30 00:21:00

萤火

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虚拟现实技术是上个世纪 90 年代的典型的「雾件」技术之一(Vaporware 意为「雾件」是指远在开发完成前就开始作宣传的产品,而且很有可能不会面世),但是虚拟现实设备制造商 Oculus 凭借一己之力将虚拟现实技术从上个世纪的飘渺概念中搬到现实中来。Oculus 公司在 2012 年全球电子娱乐展览会正式推出了其虚拟现实头盔显示器产品 Oculus Rift,鉴于电子游戏成为追逐潜在虚拟现实应用的热门行业,Oculus 公司选择在电子娱乐展览会上发布 Oculus Rift 并不出乎意料。在 Oculus 卷起的第二波虚拟现实普及的浪潮中,电子游戏行业已经获得业界主流的关注并获得了不少投资资金。

正像 Oculus 公司将 Oculus Rift 虚拟现实头盔显示器产品称为「智能手机战争的『和平红利』一样(peace dividend,和平红利是一个国家或地区与敌对方结束敌对状态之后,给该经济体带来的额外好处」),其他行业在虚拟现实游戏的蓬勃发展中也获益不少。全球各行各业的创业人员都在积极探索迎合虚拟现实头盔显示设备的创新技术产品及服务,这其中包括精神理疗、特殊儿童教育、太空探索、豪车虚拟试驾、虚拟游览甚至虚拟现实电影等。虚拟现实游戏或许能从虚拟现实这座金山银矿中发掘很多财富,而其他非游戏行业的虚拟现实技术应用在未来也能从中获得长期发展。

当 Facebook 创始人兼首席执行官马克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)在今年年初宣布斥资 20 亿美元收购 Oculus 时,曾表示「除了应用在游戏领域之外,虚拟现实技术的应用在其他行业已经取得了一些初步进展,与虚拟现实技术相关的实验也已展开」。其实早在数十年前,某些行业就开始展开虚拟现实技术的实验,比如在上世纪 90 年代虚拟现实的概念刚刚兴起的时候,就有人开始琢磨如何将当时的虚拟现实系统应用到科研及医疗康复领域中来。

虚拟现实技术在医疗康复领域的应用—沉入式虚拟现实疗法

(图为:南加州大学斯基普·里佐博士(Skip Rizzo,右)正在通过治疗焦虑症和创伤后应激障碍 (PTSD) 的心理疗法来观察病人的反应)

南加州大学创新技术研究所的艾伯特?斯基普·里佐博士(Dr. Albert Rizzo)表示,「早在上个世纪 90 年代,我的一位脑损伤病人在接受治疗过程中很难保持大脑的持续集中活动,但是在休息的时候,我发现他能够全神贯注于 Game Boy 游戏机上的「俄罗斯方块」游戏,我深受启发,从而致力于研究治愈脑损伤的数字疗法」。在今后数年的医疗工作中,里佐博士与计算机科学的同仁们共同研究,试图弄清虚拟现实模拟训练疗法能否改善甚至恢复脑损伤患者在现实世界中的生活技能。在历经了 20 多年的研究之后,里佐博士认为事实的确如此。

当年在进行脑损伤治疗虚拟现实应用的探索中,里佐博士所采用的技术和设备不仅价格昂贵且说服力也不强。据他回忆,当时用的是售价高达 12.5 万美元的 Immersadesk 3D 投影系统,而当时第一款虚拟头盔显示设备的售价也有 1 万美元,显示分辨率仅有 640x480,需要昂贵的 SGI 工作站来处理粗糙的头部动作跟踪以及仿真级的 3D 建模。

令人惊奇的是,即便是早期不太「身临其境」的虚拟现实技术应用的尝试也足以为患有焦虑症和创伤后应激障碍 (PTSD) 及其他脑部疾病的患者提供大脑全神贯注的治疗环境。据里佐博士会议,1998 年他曾利用当时的虚拟技术来为参加过越南战争的退伍士兵进行治疗,通过画面还凑合看的战场植被、直升机及其他战争环境物体虚拟画面来诱导患者进入初步回忆状态,然后通过类似于催眠式的语言引导,比如「是不是看到绿油油的水稻、稻田间吃草的水牛以及穿梭于密林丛中的越共士兵」来彻底沉入当时所处环境的记忆深处。在这种环境下,任何适用于该环境的外界刺激都能让沉浸其中的患者做出符合当时情形的正常反应。如此循环反复的诱导刺激,从而帮助退役军人患者逐步恢复逝去的记忆。

即便是在当今的虚拟现实技术下,模拟出来的战场环境在「身临其境」的真实度方面依旧难以与沉入式心理疗法相媲美。但实践证明,虚拟现实的疗法依然是有效的,在对普通的恐惧症以及深度焦虑症上能发挥作用。虚拟现实疗法公司 Virtually Better 的临床心理学家和培训主管马拉特?萨诺夫(Marat Zanov)指出,目前已有数百个临床研究案例显示,虚拟疗法的效果不亚于真实疗法的效果。

在今天的技术下,上述的这种将战场环境模拟出来的虚拟疗法在真实度上也难以与真实世界中的浸入式疗法相媲美,但这种疗法确实已经被证明是有效的,至少对于普通恐惧症和深度焦虑症来说能够发挥一定的作用。虚拟现实疗法研究公司 Virtually Better 的临床心理学家兼培训总监马拉特?萨诺夫(Marat Zanov)指出,目前已经有数百个临床研究案例显示,虚拟疗法的效果至少不低于真实疗法。

(图为:针对暴风恐惧症患者,虚拟现实疗法研究公司 Virtually Better 模拟出来的一个在家中遭遇暴风雨的环境)

相对于真实疗法而言,虚拟现实疗法要更加方便和便宜。萨诺夫表示,「以患有焦虑症和创伤后应激障碍 (PTSD) 的退伍军人为例,我们不可能将他们重新带回到激战正酣的阿富汗或伊拉克战场上,若在以前,医生通常会使用「想象力引导」法来帮助军人患者重建深藏于当时受到创伤瞬间的战争环境。这种办法效果虽特赞,但是对于精神理疗医师而言就特别费劲,更何况有的时候也会遇到一些想象力方面有问题的患者,这种办法就无法奏效。有了虚拟现实疗法,在引导患者进入回忆状态时会轻松很多。

萨诺夫还指出,虚拟现实疗法对于治疗飞行恐惧症的患者而言则会凸显性价比优势。若是从前采用现实世界的沉入式疗法的话,通常需要购买两张来回机票,患者和医生各一张。但如果采用虚拟疗法的话,昂贵的机票费用完全可以省下来。

就在研究人员数十年来努力证明虚拟沉入式疗法的临床应用价值的同时,虚拟现实技术的又一波浪潮推动这项技术从学术研究领域拓展到更为广阔的医疗康复应用领域。

Virtually Better 的首席执行官迈克尔·雅各布森(Michael Jacobson)表示,「现如今我们将虚拟现实技术的成本降下来,好让更多的治疗师能够使用。直到去年为止,虚拟现实技术还只是用作科研工具。鉴于该技术在便利性和实用性上有所欠缺且系统搭建成本相当高昂,治疗师还无法在为普通民众实际诊疗过程中采用该项技术。多亏了诸如 Oculus 之类的公司在虚拟现实技术上的努力,相比 15 年前,现如今人们有着更多更便宜的渠道来获得虚拟技术解决方案」。

里佐博士认为以 Oculus Rift 为典型的这种价格便宜且质量上佳的头戴式显示设备会得到井喷式发展,而这就为虚拟现实疗法走进普通诊疗所奠定了基础。早在 2004 年里佐博士试图在注意缺失紊乱治疗中采用虚拟现实疗法,但当时那些心理学专家对此都比较保守,他们认为这种疗法太过复杂,不会取得临床效果。当然主要原因是他们并不了解虚拟现实技术,也不愿支付 2000 美元的相关技术费用。」

现如今里佐博士在心理学大会上讲解类似的虚拟现实疗法时,情况已大有改观。他表示,「我不必再浪费口水去讲解什么是虚拟现实技术,也不用去说服大家这项技术并非科幻小说里那么不靠谱,通过现在媒体的宣传,虚拟现实技术已经打下了牢固的群众基础。现如今大家都在关注该项技术并期待美好的应用前景。

虚拟现实技术在教学领域的应用之—虚拟教室

(图为:马修?马兰可辛的一个学生正在通过 Oculus Rift 虚拟现实头盔体验《泰坦宇宙之旅》的虚拟现实游戏,全息三维立体环境让孩子情不自禁伸出手来)

恩内斯特·克莱因(Ernest Cline)的小说《Ready Player One》描述了一个去乌托邦式的未来世界,这里的幼儿教育通过头戴式显示器来实现,其课堂就是由激光投影形成的虚拟教学场景。虽然目前我们离这种完全虚拟化的课堂还有很长的路要走,但已经有一些学校和老师在虚拟教学领域先走一步。

澳大利亚维多利亚州杰克逊中学的信息通讯技术协调员马修?马兰可辛(Mathieu Marunczyn)就是虚拟教学领域先行者,他习惯利用诸如平板电脑和微软的 Kinect 等计算机设备来帮助那些有特殊需要的学生(主要是感官处理有障碍的学生)。马修在去年的「PAX 游戏展」澳大利亚站上体验了一把 Oculus Rift 虚拟现实头盔,他认为这是确保感官处理障碍的学生聚精会神的上好教学工具。在马修的课堂上,很多学生都会对标准化的教学环境倍感压力。

马修表示,「对于感官处理障碍(SPD)的学生们而言,日常的学校教学活动会给他们带来难以承受的心理压力,而虚拟现实技术却能够以一种合适的方式营造舒适的环境,让这些特殊学生驶入内心平静的港湾」。

马修表经常让这些学生们成对成组地佩戴上 Oculus Rift 头盔,然后让他们直接去体验诸如《泰坦宇宙之旅》(Titans of Space)和《蓝色大理石》(BlueMarble)之类的虚拟现实游戏,在游戏中孩子们往往需要与游戏搭档进行对话并交易物品。Oculus Rift 的确是一款教授特殊儿童团队合作技能的绝佳教学工具。这些孩子在现实环境中的确存在或轻或重的社交和沟通障碍,而虚拟现实游戏环境则为他们减轻了这种心理压力,他们在虚拟现实环境中无论是社交还是沟通都表现得要更为简单自如。在虚拟现实环境中进行团队合作的感觉的相当酷。

尽管有些人担忧当前的虚拟现实游戏头盔所模拟的学习环境太过孤立并且有点反传统社会的倾向,但是马修认为虚拟现实技术是提升特殊儿童社会性的一大神器。这些学生不会各自呢喃自语,他们现在通过虚拟现实头盔自由沟通并聊天,孩子们希望周围的人都知道自己在做什么,而在现实环境中,他们完全不会有这样的表现!

马修觉得只要孩子们顺利表达出心中所想,并对此进行讨论,这就已经非常棒了。孩子们在虚拟现实世界中的迷路了几次,这强烈激发了他们的兴趣和好奇心。在他设定得教学环境中,语言技巧和社会化是最为看重的目标。一位孩子的家长兴奋地表示,「我儿子回家之后告诉我他竟然在课堂上探索了真实的宇宙,这的确太赞了!」

(图为:在前任 Ars Technica 游戏编辑的帮助下,马修第一次体验到了 Oculus Rift 虚拟现实头盔)

在过往一年中,马修已经成为在课堂上推行虚拟现实技术的「传道士」。他正在考虑尝试说服 Oculus 公司让他担任 Oculus Rift 的产品推广大使一职,向学校传达虚拟现实教学的想法。目前,他已经将三台 Oculus Rift 借给了其他老师以供教学使用,这些老师目前也被这种教学效果所折服。

前景虽然光明,不过马修担心短期内虚拟现实技术在课堂上的推广和应用因缺乏高品质教学软件而遭遇阻碍。由于缺乏高品质教学应用和软件,学校 IT 协调员在推广虚拟现实技术上的确遇到了麻烦,销量一直上不去。的确缺乏适宜的教学内容,很难说服其他老师在教学中采用 Oculus Rift 虚拟现实头盔产品。

马修认为问题主要在于 Oculus Rift 目前主推游戏和电影这两种娱乐形式,对于商人而言这的确是挣钱的好办法,考虑到目前很多学校都有引入虚拟现实设备的潜在教学需求,如果有公司重视并乐意投资研发 Oculus Rift 平台上的教学软件的话,他们也能获得巨大的商业成功。

马修预测,随着未来几年教育行业逐步重视在教学中虚拟现实技术,相应的高质量教学类软件也会孕育而生,一旦这些条件具备之后,整个教育行业的发展将如虎添翼,学生们在课堂上就可「身临其境」地参观游览美国史密森尼博物馆、法国巴黎卢浮宫等全球各地的名胜古迹,通过动态的地球虚拟演示了解地球极地冰盖的消融和湖泊干涸及其他地质变迁现象,甚至在数学课堂上也可以作为一个辅助工具。数学老师在讲解面积和体积的时候,可以利用虚拟现实技术随手「画」出一个立体图像,从不同的角度来观察立体图像会让学生更轻易地获得直观感受,从而领会并巩固知识。虚拟现实技术集工具性和趣味性于一体的教育应用极大提升课堂学习效率。

虚拟现实技术在太空业和电影业的应用

现在让我们离开教室,来到浩瀚的太空。美国国家航空航天局的喷气推进实验室(JPL)已通过实践证明 3D 虚拟现实场景有助于增强人们对空间关系的理解。JPL 曾将火星车所搜集的火星数据整合到火星表面的虚拟现实模型中,以便航天工作人员通过头戴式显示器自由探寻火星表面,这也是吸引公众关注太空探索的一种有趣方式,此外虚拟现实技术在太空科学研究中也发挥了不少重要优势。

美国国家航空航天局 JPL 的任务运作创新经理杰夫·诺里斯(Jeff Norris)表示,「在机构内部,我们『好奇号』和『机遇号』火星探测器团队成员展开了联合实验,相较于用普通任务运作的 2D 图像进行地图绘制而言,佩戴头戴式显示器的工作人员往往能绘制出更为精准的火星地表地图」。

(图为:JPL 视频显示,航天科研人员通过人体动作跟踪系统以及虚拟现实头盔的结果,利用虚拟现实操作界面来控制机器手臂运动)

(图为:虚拟现实技术在未来航天空间领域的应用,远程遥控空间站里的机器人)

诺里斯认为,火星地表地图绘制精度的提升主要得益于本体感知(头戴式显示器佩戴者在转动头部时,虚拟现实的图像也能够发生对应转动)以及虚拟现实技术所呈现出来的 3D 立体图像,这些因素对于 JPL 的下一个虚拟现实项目来说至关重要,该项目主要帮助航天工作人员通过虚拟现实操作界面来对一个机械手臂进行简单的远程操作。

JPL 视频显示,一个 Kinect 体感设备会跟踪用户胳膊和身体的动作轨迹,与此同时用户会在头戴式显示器上会看到机械手臂的虚拟画面,用户视野中这个机械手臂会即时模仿自己的动作,就好比是自己的胳膊一样。其实真正的机械手臂通过 Kinect 体感设备追踪用户的动作轨迹并即时做出相应动作,然后将对应的虚拟现实图像传送到用户的显示器上,从而实现可即时观察的远程操控。这项技术适用于地球上的技术人员对远在外太空的机器人进行远程操控。

诺里斯表示,「这个项目的理念其实很简单,如果你想控制机器人的手臂,照做即可,远端机械手臂会即时模仿你的动作,通过使用虚拟现实技术,机械手臂变成了人类手臂的延伸,甚至是身体的一部分。繁杂的航天工作得以简化。「

除了远程操控机器人之外,JPL 还希望虚拟现实技术能够让宇航员可以「查看」自己所在的太空飞船的实时虚拟图像,目前空间站和航天飞机都无法做到这点。通过虚拟头盔显示器,宇航员可以从无法企及的视角和位置来获得飞船和周边物体的模拟视觉图像,就好比给飞船开了一扇窗子,这样操作人员就可以看到太空舱之间互相对接的画面。

(图示:《零点》是首部采用虚拟现实技术的电影,观影者需要通过虚拟设备头盔显示器来看电影)

虚拟现实技术的应用并非都像上述案例那么严肃认真。Condition One 是首家通过使用 Oculus Rift 虚拟现实头盔来拍摄电影的公司,他们的首部电影作品《零点》(Zero Point)已于 10 月 28 日首映。这部电影作品是由四部 Red Epic3D 摄像机拼在一起的重达 70 磅的大家伙拍摄而成,可拍摄 5K 级别画质、每秒 60 帧的 3D 全景视频。电影制作人员将这四个 3D 摄像机拍摄的画面无缝拼接在一起,这样观影者可以看到 360 度全景电影画面,无论从哪个角度看电影,都能看到完整画面,就好比在真实世界中一样。

我曾在今年早些时候举办的一次电子娱乐展上看到这部电影的预告片,当我看到电影画面缓缓扫过展会上密集的人群的时候,一丝幽闭恐惧感涌上心头。Condition One 首席执行官、电影《零点》的导演丹枫?丹尼斯(Danfung Dennis)表示,「我们尝试捕捉那种别人侵入你空间的那种存在感。」

采用虚拟现实技术的电影拍摄手法意味着需要放弃许多传统的电影拍摄手法,所有的传统电影制作基本原则在虚拟现实世界中都不适用。丹尼斯表示,「作为一名摄影师,多年来我已经习惯了紧盯取景框,然后在这个框里展现图像和故事,但现在就连工作人员都也已身处拍摄场景中,并尝试把人们放到故事中。」

在传统的电影拍摄制作过程中,往往向观众展现的是一个经过精心剪辑的画面,而《零点》这部电影则为观影者带来罕见的全解析度体验,由他们自己来选择感兴趣的观影角度和对应的内容。在这部电影的早期场景中,我紧盯着一个在演习中被击倒的士兵,他用手猛烈地指向一个角落并吼叫警告战友们千万不要走这条路,当我转过头看他所指的方向时,正好看到他的战友脖子被击中的画面。

在采用虚拟现实技术的电影中,视觉和听觉线索对于保持观影者的注意力来说至关重要。电影制片人可以好好借鉴一下一款名为《到家》(Gone Home)的第一人称探险游戏,应该可以从中获益不少。脑子里条条框框非常多的传统导演是不可能在虚拟现实技术环境中拍出好电影的。但是丹尼斯却对虚拟现实这种新媒体更感兴趣,放弃对电影故事情节的控制,打造一种创新的观影体验,在确保给予观影者对故事情节的控制前提下,仍能传递出强烈的故事性和视觉吸引力。让观影者情不自禁地进入特定的影片情节中。

虚拟现实技术在品牌推广领域的应用

(图为:雷克萨斯 RC F 运动轿跑「虚拟试驾」的画面)

除了学术机构、政府部门和艺术家们努力探索虚拟现实技术的应用之外,企业界也开始尝试通过这项技术来提升自己的品牌价值。

汽车制造商雷克萨斯公司就利用 Oculus Rift 为其即将推出的 RC F 豪华运动轿跑车打造「虚拟试驾」体验。雷克萨斯公司市场经理威尔?尼克拉斯(Will Nicklas)表示,「由于现有的 RC F 原型车比较少,无法满足潜在买家巨大的试驾需求,所以该公司决定通过一个虚拟现实模拟器来让更多的人们参与到这款豪华运动轿跑车的试驾体验中。」

经过长达八周的研发工作,RC F 的虚拟试驾模拟器终于投入使用。在特定的车展或零售 4S 门店中,试驾者会坐在一个真实的 RC F 驾驶杆的后面,戴上 Oculus Rift DK2 头戴式显示器,就可以在一条模拟的富士赛道上体验虚拟现实的试驾。

尽管试驾体验难以达到《极限竞速》(Forza Motorsport)游戏中的逼真感,但公司还是想给试驾者带来置身车内的感觉。现场有几辆原型车供人们进行真实试驾。这个模拟器可为试驾者提供紧握方向盘并踩下油门踏板的真实物理感受,同时座椅高度以及方向盘角度的调节等细节同真实的汽车完全一致。

尼克拉斯表示,「虽然目前我们还没有得到虚拟试驾之后就掏腰包买车金主的直接反馈,但的确有人私下询问是否能把模拟器也卖给他。」

(图为:一个大学新生正在通过 Oculus Rift 来体验虚拟现实的校园游览)

现如今旅游行业也开始重视并利用虚拟现实技术。YouVisit 公司通过全景照片来为用户提供度假地、酒店、餐厅和大学校园在线游览服务,用户可通过显示器来放大缩小视野中的图像。最近几个月,YouVisit 公司引入虚拟现实技术,将所有 1000 个景点全景图片数据转化到诸如 Oculus Rift、三星 Gear VR 设备中来。

毕竟虚拟现实市场还处在早期,有待开发,所以这个在线虚拟展示的项目并不容易。现如今在技术上最大的挑战是,虚拟现实技术在硬件上并无一种标准的用户界面。YouVisit 的首席执行官阿比?曼德尔鲍姆(Abi Mandelbaum)表示,「我们的团队技术人员花费了很多时间来制定这些标准,比如虚拟游览中的导航用户界面,无需用键盘鼠标,通过转动头部即刻完成选择,目前我们已经开发出一些符合当前业界的技术标准」。

尽管尚处在早期阶段,但是曼德尔鲍姆认为虚拟游览会很快热门起来。目前已经有很多酒店、旅游景点和企业都开始使用 YouVisit 的服务,并且需求与日俱增。尽管他们只是把虚拟游览当做吸引客源的市场营销手段,这种方式的优势非常明显,不会破坏景区环境,成本更低,让全球所有人都可以快速了解到自己的景区。

虽然目前的这波虚拟现实技术发展的浪潮中并未催生出一款面向消费者群体的硬件产品,但很多公司花费大力气探索这项技术巨大潜力的现实令人惊奇。也许通过游戏这种互动娱乐方式可以让消费者将虚拟现实设备买回家用,但是虚拟现实技术在非游戏玩家领域的普及才能为实现 Oculus 为之奋斗的「终极计算平台」的目标奠定坚实群众用户基础。

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