永无止境的VR

税午阳

北京师范大学信息科学与技术学院高级工程师，教育部虚拟现实应用工程研究中心和文化遗产数字化保护与虚拟现实北京市重点实验室研究骨干，北京图象图形学学会会员。

在电影《头号玩家》中，所有的故事都围绕着一款名为《绿洲》的虚拟现实的游戏展开，故事主人公在这个虚拟世界中扮演着猎人的角色，并展开了一系列惊心动魄的冒险历程。

电影中那个精彩纷呈的虚拟游戏世界的基础就是很火爆的VR技术。《头号玩家》在国内上映，引发了观众对于VR技术的强烈兴趣。电影中，未来世界的人们通过VR眼镜，进入虚拟世界中扮演属于自己的角色，做自己想做的事情，让观众都颇为羡慕。

VR最大的特点就是让人们体验“真实”的虚拟世界。它通过VR相机采集、景象制作设备、计算机软件、VR眼镜等成像设备联合提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让我们进入虚拟的世界中，如同身临其境。

电影中对于虚拟现实技术未来发展应用的畅想，让大家对VR有了更具象的想象。“VR”是虚拟现实技术，近年来在全世界掀起了一股浪潮。从2015年开始，网民对VR的关注度开始逐步上升，VR游戏开始成为热点，尤其是一些产品的发布成为网民的关注点。国内VR处于启动期，2016年可以说是VR产业化的元年。预计VR市场规模， 将以每年3～5倍的增速，到2020年将达到550亿元。VR的发展具有时代需求性，目前VR应用主要集中在一些极客人群和专业应用领域，预计在未来2～3年，VR相关产品将迎来爆发式增长，未来5～10年，VR技术将逐渐成熟并得到普遍应用。从现有数据可以预测VR的普及速度会慢于智能手机、可穿戴设备，快于无人机。

大咖零距离

Q：我们距离电影《头号玩家》“绿洲” 这款虚拟现实游戏中的技术有多远？游戏中展示的虚拟现实技术，哪些已经在我们的现实生活中得到了应用呢？

A：《头号玩家》当中的绿洲这款游戏应该是虚拟现实游戏的巅峰代表之作。从VR游戏的开发技术而言，目前可能在算法的性能上，或者老百姓在感受游戏的触觉反馈和实时性方面，还有一些差距。

绿洲这款游戏中，现实世界里的游戏玩家，可以通过头盔显示器沉浸地感受到游戏中虚拟现实的道具、景色和人物，可以通过手柄，或者通过穿着的反馈性质的服装，感受虚拟现实中的反馈，进而传递到现实当中的游戏玩家身上，使得他们可以感受到数据的或者情感的交流。

我们现在的技术，在现实世界当中的玩家和游戏里的虚拟场景进行交互方面，可能还达不到在电影当中看到的感觉，体验感没有那么足。但是在触觉反馈的技术、人机交互的技术、动作捕捉的技术等方面，不同的学校，不同的科学家都在做这样的工作，我相信用不了太长的时间，通过相关的技术我们就能够做出来一些类似于绿洲的、沉浸性非常强、交互性非常强的游戏。

现在有一些常用的交互技术，比如通过手势识别可以控制游戏当中的道具，通过手势的抓取就可以实现游戏当中的枪械、物品的抓取，有一些力反馈的设备，比如《阿凡达》里的机器人，可以做到通过力触觉的反馈，使现实里的人抓到虚拟现实中的物体，这些技术也是可以用到游戏开发里。

Q：除了游戏领域，虚拟现实技术还应用于哪些方面？

A：包括VR技术在内的很多信息技术，实际上都是从军事领域开始运用的。比如，VR技术最早是用于军事领域的军事模拟，战斗机飞行员的培训，航天员的培训。

近几年来，随着头戴式VR显示设备的出现，VR逐渐应用到了游戏领域。

但是，对于科学研究而言，我们更多地要将VR技术与相关的行业结合起来开展应用， 例如将VR技术应用于文化遗产的数字化保护工作，我们和故宫博物院的文保科技部做数字化青铜器的修复也取得了一些研究进展。

传统修复文物一般需要拼接，修复错了对文物本身造成损伤，难以弥补，可能造成很大的遗憾。通过虚拟现实技术，将文物修复的过程完全放在电脑里，手工去修复或者通过计算机自动仿真方式修好文物。也可以用3D打印技术，将文物的残缺区域的形状打印出来，最终可以替代传统的翻磨。这样，既有虚拟的数字化的表现形式，又可以将实物进行真实的修复，达到了虚实的融合。

目前，我们和公安部物证检验中心，利用虚拟现实技术开展刑侦现场案件的三维场景的重建，可以通过现有的三维扫描的技术实现刑侦现场三维场景真实感的重建，并在显示器上进行显示，这样刑侦专家可以通过身临其境的感觉去推断，更有助于进行案件的侦破或案件的跟踪。

应用较多的还有教育行业，这应该是虚拟现实应用得一个比较好或者前景比较显著的领域。对于中小学生而言，像立体几何在大脑里不太容易想象;学地理的时候，很多同学没有去过布达拉宫，没有去过新疆， 这时候通过虚拟现实技术，可以直观地、可视化地把刚才提到的知识通过图形的形式显示出来，帮助学生来理解和學习。

Q：目前，本科专业中并没有虚拟现实专业，当初您是如何开始投向这个方面的研究呢？

A：这里其实有一段小的故事，我当初学的专业叫做计算机科学与技术，2002年的一天，我印象中是在新闻联播之后有一个科技博览的节目，刚好播出了周明全教授（后来成为我的导师）的关于兵马俑数字化修复的工作，时间也就七八分钟的样子，但是我当时就觉得好神奇！当时有手势三维扫描的设备可以把兵马俑三维的信息在电脑屏幕上显示出来，看周老师点点鼠标，就可以把碎片拼接起来，一个完整的兵马俑出现在我们眼前，才知道原来计算机还能做这件事情。当时就觉得我是不是可以选择这样的专业。

我们在上大学期间，是没有虚拟现实这样的专业的，只是学习了一些像计算机图形学、图象处理、计算机视觉专业的课程，真正接触虚拟现实行业，是我有幸去攻读周老师的硕士研究生之后，博士研究生的时候才更系统地学习了怎么样做虚拟现实的系统、虚拟现实关键的研究方向和关键的研究技术，才一步一步熟悉了这个行业。

Q：对于有志于从事虚拟现实相关工作的同学们，目前应该做好哪些准备呢？

A：对于中学生来讲门门课程都很重要，我个人理解可能数学跟英语这两门课更重要一些。我们知道虚拟现实软件的开发对于编程和算法的要求是非常高的，而算法和编程对数理的逻辑性要求最高，所以数学好能支撑学生对逻辑性的培养。虚拟现实会用到计算机图形学、图象处理等相关专业课的知识，数学是这些专业课知识的支撑。

信息技术是飞速发展的，也是一项全球化的技术，不光在国内，国外很多企业、院校、机构、个人，都专注于虚拟现实技术的研究和应用。很多新的算法、软件、资源、设备、应用，都以英文形式发表、出版或发布。英文好，可以让我们在第一时间学习和掌握一手资料、了解技术详情，也方便我们与国外同行进行学术交流。