3、虚拟现实

 
矛盾修饰与重复修饰

  麦克.哈默(是全球首屈一指的企业名医或者所谓的“企业形象再造工程师”)将“企业变革”形容
为一种几乎要变为重复修饰的矛盾修饰(基础稳固的大企业却需要变革!)。所谓“重复修饰”,是指像
在“某人自己的心目中”这类重复累赘的表述;而矛盾修饰,则是像“人工智能”或“飞机食品”等显而
易见的矛盾组合。重复修饰和矛盾修饰是否恰好相反,还有争论的余地,但倘若我们要颁发“最佳矛盾修
饰奖”,那么“虚拟现实”一词一定榜上有名。
  假如我们把组成“虚拟现实”一词的“虚拟”和“现实”两个部分看成“相等的两半”,那么把“虚
拟现实”当成一个重复修饰的概念似乎更有道理。虚拟现实能使人造事物像真实事物一样逼真,甚至比真
实事物还要逼真。
  比如说,飞行模拟,这一最复杂和使用时间最久的虚拟现实应用,就比驾驶一架真正的飞机还要逼真。
刚训练出来的、但已练就一身好本领的飞行员之所以能在初试牛刀时就驾驶一架满载乘客的“真正”波音
747客机,原因就是他们在飞行模拟器上学习驾驶技术,要比他们在真正的飞机上学到的还要快、还要多。
在模拟器中,飞行员会置身于在现实世界里可能不会出现的所有罕见的情况中,包括飞机几乎相撞或裂成
几段。
  另外一个具有社会意义的虚拟现实应用,就是汽车驾驶学校的驾驶训练。在一条湿滑的路上,突然有
个小孩冲到两辆汽车中间,如果从未经历过这种情况,谁也不知道自己会作何反应。虚拟现实容许我们
“亲身”体验各种可能发生的情况。

身临其境

  虚拟现实背后的构想是,通过让眼睛接收到在真实情境中才能接收到的信息,使人产生“身临其境”
的感觉,更重要的一点是,你所看到的形象会随着你视点的变化即时改变,这就更增强了现场的动感。我
们对真实空间的感觉来自于各种视觉线索,例如物体的相对体积、亮度以及在不同角度上的运动情况。其
中最强烈的线索来自于双眼透视,由于左右眼看到的形象并不相同,双眼同时使用时就会产生特别强有力
的效果。把这些不同的形象合成一个三维图像,也就构成了立体视觉的基础。
  每只眼睛的深度知觉略微不同,造成了两只眼睛所看到的形象不尽相同。这种现象称为视差。当近距
离观察物体时(假如在6英尺以内),视差的效果最为显著。距离较远的物体基本上会在两眼上投射相同
的影像。你有没有想过为什么立体电影里总是有许多近距离内来来回回的动作?为什么影片里的物体总是
朝观众席里飞来?因为那些移动正是设计在立体影像的最佳效果距离之内。
  
虚拟现实的典型道具是一个头盔,上面有两个护目镜般的显示器,每只眼睛对应一个显示器。每个
显示器都显现稍微不同的透视影像,与身临其境时的情景完全一样。当你转动脑袋的时候,影像会以极快
的速度更新,让你感觉仿佛影像的变换是因你转头的动作而来(而不是电脑实际上在追踪你的动作,后者
才是实情)。你以为自己是引起变化的原因,而不是经由电脑处理后所造成的一种效果。
  视觉经验的真实程度是由两个因素共同决定的。其一是图像的质量,即图像中显示的边和其间结构的
数量的多少,数量越多,质量越好。其二是响应时间,即画面更新的速度,速度越快越好,响应时间越短
越好。这两个变数都要求电脑具有十分强劲的威力。直到最近,对大多数的产品开发商而言,这样威力强
大的电脑还不可得,现在情况刚刚有了改变。
  虚拟现实技术早在1968年就已诞生,当时第一个头戴式的显示系统正是由伊凡.苏泽兰制造成功的。后
来,美国国家航空和宇宙航行局以及国防部所作的研究,为太空探索和军事应用开发了一些价格昂贵的虚
拟现实原型机。虚拟现实特别适合用在坦克和潜水艇操作训练上,因为在“真实的”战争中,同样必须透
过望远镜或潜望镜来观察外面的景象。
  直到今天,当我们拥有了威力强、成本低的电脑时,才可能把虚拟现实技术当作一种满足消费者娱乐
目的的媒介。而在虚拟现实的新面貌中,绝对少不了令人惊恐万状的镜头。

  
侏罗纪公园探险

  “侏罗纪公园”可以让你体验到虚拟现实的惊人效果。但是和同名电影或书不同的是,在虚拟现实的
侏罗纪公园里,并没有一条故事的主线。在这里,迈克尔.克莱顿的任务就像舞台设计师或游乐场设计师一
样,是赋予每只恐龙不同的外貌、个性、行动和目的。模拟的恐龙动起来之后,你走入它们中间。这不是
电视,也不必跟一尘不染的迪斯尼乐园一样。这里没有拥挤的人群,没有长长的队伍,也没有爆米花的香
味,有的只是恐龙的粪便。你就好像走入了史前的丛林中,而且这里可以显得比任何真正的丛林都更加危
险。
  未来的大人和孩子都可以用这种方式自娱。由于这些幻象全部经由电脑处理而产生,并非真实的情境,
因此也就无需受实物大小或发生地点的限制。在虚拟现实中你可以张开双臂,拥抱银河,在人类的血液中
游泳,或造访仙境中的爱丽丝。
  目前的虚拟现实还有不少缺点和技术上的失误,必须加以克服之后,才能使它具有更广泛的吸引力。
例如,低成本的虚拟现实就深受阶梯状不规则图形的困扰。当影像移动的时候,这种锯齿状的图形显得更
不稳定,因为它们看起来好像在移动,但却不一定与画面移动的方向一致。想一想水平线的样子,一条非
常平直的水平线。现在稍稍把它倾斜一点,水平线中央就会出现一段锯齿形状,然后再倾斜一点,又出现
第二个、第三个和更多的锯齿地带。这些锯齿看起来仿佛在移动,直到这条线终于倾斜成45度角,则线上
相邻像素所组成的锯齿排成了一个楼梯形,一个挨着一个,简直难看极了。

总是慢半拍

  比这还要糟的是,虚拟现实的速度还不够快。所有的商业系统,尤其是许多电子游戏生产商即将推出
的新产品,都有慢半拍的问题。当你转动头部的时候,影像会很快地改变,但是还不够快。图像总要慢半
拍才出现。
  三维电脑图形刚出现的时候,人们使用各式各样的立体眼镜来达到观看效果,有时是廉价的偏光镜片,
有时则是较昂贵的电子快门,会轮流让双眼接收不同的影像。我还记得,我第一次操作这类装置时,所有
的人——不是大多数人,而确确实实是每个人——生平第一次戴上这种眼镜、并在屏幕上看到立体图像后,
都会把头转来转去,想看看图像怎么变。结果就和看立体电影一样,图像并没有改变。把头转来转去没什
么用。
  人们这种“扭动脖子”的自然反应正说明了一切。虚拟现实必须紧密配合对用户的动作和所在位置的
感应,让观看者能够引发图像的变化,而不是完全由机器来控制。重要的莫过于电脑能跟踪头部的转动并
能回应它的快速变化。图像更新的速度(频率响应)实际上比分辨率更为重要。由此可见我们的运动神经
系统是多么敏锐,即使最轻微的反应迟钝也会破坏整个感官经验。
  大多数的制造商大概都会完全忽略这一点,而把早期拼命强调图像的高分辨率的虚拟现实系统推向市
场。这样做的结果是牺牲了响应速度。其实,假如他们减少图形显示,加强图像的防锯齿技术,并且加快
响应速度,那么他们所提供的虚拟现实体验将会更加令人满意。
  另外一个办法是,完全放弃为左右眼分别提供不同透视影像的头戴式显示器,而改用所谓的自动立体
效果技术,让真实的物体或全息影像在空中浮现,使双眼一起收视。

《星球大战》与全息术

  到下个1000年中的某个时候,我们的孙子或曾孙将以一种新的方式观看足球比赛(如果还那样叫的
话)。他们会在咖啡桌(如果还那样叫的话)旁来回移动,让8英寸高的球员在起居室(如果还那样叫的
话)中任意驰骋,把一个半英寸高的足球踢来踢去。这个模式与早期虚拟现实的想法完全相反。无论你从
哪个角度观看,都能享受极高的分辨率。无论你朝什么地方看,你看到的都是在空间浮动的三维像素。
  在《星球大战》(StarWars)这部影片中, R2D2就用这种方式,把莉亚公主的影像投射在欧比王的
地板上。美丽的公主变成了投射在空间中如幽灵般的幻影,从任何角度(原则上说)都能看得见。这种特
殊效果,就像《星际旅行》和其他科幻电影中的类似效果一样,无意间造就了一批对全息一类技术麻木淡
漠的观众。我们在电影中看过太多类似的镜头,因此误以为这种技术很容易。
  事实上,发明白光全息术(今天这种技术普遍用在信用卡上)的麻省理工学院教授斯蒂芬.本顿花了二
十多年的时间,借助于价值上百万美元的超级计算机的力量,运用了几乎无价的特殊光学仪器,再加上十
几位出众的博士生孜孜不倦的努力,才得到了(与你在电影中所看到的)类似的效果。
  全息术(holography)是匈牙利科学家丹尼斯.盖博于1948年发明的。用最简单的话来说,全息图像
(hologram)就是把一个情境中所有可能的景象聚集在一个光调制模式下的单一平面上。随后,当光束通
过这个平面、或被这个平面反射的时候,原先的景像会在空间中以光学方式重组,成为立体影像。

 
100万倍的分辨率

  在不断改进显示技术的精益求精的竞赛中,全息术一直是一匹实力难测、有可能后来居上的黑马。其
中一个原因是全息术要求极高的分辨率。你的电视应该有480条可见的扫描线(也可以比这少得多),假
如你的电视屏幕的高度是10英寸,那就是说你的电视机(在最佳状态下)每英寸有差不多50条扫描线。全
息术需要的分辨率是每英寸50000条扫描线,即需要比你的电视机高出1000倍的水平扫描线。更糟的是,分
辨率意味着在水平和垂直方向同时扫描,这样全息术所需要的分辨率就是今天电视的1000倍,也就是100万
倍。你在信用卡甚至某些国家的钞票上能看到全息影像的原因之一,正是因为这种分辨率需要非常复杂、
难以仿造的印刷技术。
  本顿和他的同事们之所以在全息技术方面有所建树,是因为他们聪明地找出了人类的眼睛和感觉系统
真正的需求,并把它与自然的全息图像所能制造的东西加以对照。既然人类的眼睛是影像的接收器,那么
向它呈现大多它无法分辨的细节就是一种愚蠢的做法了。同样地,本顿注意到我们注视空间中正在形成的
影像(从空间中取样)的方式,和我们注视电影中单个画面(以时间来取样)的方式如出一辙。慢动作的
影像差不多是每秒30帧画面(60个扫描场)。由此,与其制造一个能够反映所有视点的全息图像,不如把
它做成每英寸上有一个视点而省略掉中间的其他数据的影像。他成功了。 
  除此以外,本顿和他的同事们还注意到,我们的空间感在很大程度上是一种水平空间感。由于并列
的双眼的视差,而且由于我们的视线总是沿着近平水平的方向移动,因此在我们对空间的感觉中,水平视
差比垂直视差(上下的变化)重要得多,水平视差所捕捉的空间信号占了绝大多玖。假如我们的眼睛是一
只叠在另一只的上面,或是我们经常在树上爬上爬下,情形或许不同。但事实却非如此。事实上,水平视
差对视觉的影响太大了,本顿后来决定根本不去考虑垂直视差的问题。
  因此,媒体实验室所展示的全息影像几乎都没有垂直视差。当我们向来访的人介绍本顿实验室外悬挂
的一组全息样品时,他们根本没有注意到这些样品是没有垂直视差的。事实上,一旦我告诉他们这些图像
没有垂直视差时,他们都会弯下腰来、再踞起脚尖反复地细看,最后才真的相信。
  空间取样结合水平视差(完全忽略垂直视差)的结果是,在本顿小组的手中,与制造一个全分辨率的
全息影像相比,如今只需要:%的电脑计算能力,就能得到这种新的影像。由于这个原因,他们制造出了
全世界第一个全彩的、由有深浅明暗变化的形体所构成的实时全息影像。它自由地漂浮在空中,其大小和
形状相当于一个茶杯或“矮胖”的莉亚公主。

整体大于部分之和

  显示的质量确实不单和视觉有关。它是一种典型地运用了其他感官体验的收视经验。各种感宫构成的
整体的确大于部分之和。
  在高清晰度电视刚刚萌芽的时候,当时在媒体实验室工作的社会科学家拉斯.纽曼进行了一个划时代
的实验,测试观众对显示质量的反应。他安装了两套一模一样的高清晰度电视和录像机系统,放映一模一
样的高质量录像带。不过,他在A组用的是录像机的普通音质和电视机的小扬声器,而在日组中,则使用
了很棒的扬声器,可以播放出比CD还要好的音质。
  结果令人吃惊。许多实验对象报告说日组的图像清晰得多。事实上,两组影像的品质完全一样。但B
组的收视经验却好得多。我们倾向于把感官经验作为一个整体来加以判断,而不是根据各个部分的经验来
加以判断。虚拟现实系统在设计上有时忽略了这个重要的观察结果。
  在设计军事坦克训练器的时候,人们花了很多心血,来达到最高的显示质量(几乎不计任何代价),
希望获得的效果是,当你注视显示器的时候,几乎就和从坦克的小窗口看出去一样。这个想法挺好,但在
不断增加扫描线数目上进行了艰苦卓绝的努力之后,设计师才想到可以引入一种价格低廉、会稍稍震动的
运动平“台。设计师又在此基础上增加了一些额外的感官效果——坦克的马达声和轧过地面的声音棗结果
整体感觉十分逼真,设计师因此可以减少扫描线的数目,而不会影响整体视觉效果。无论如何,这个系统
看起来和感觉起来很真实,已经超过了原来的要求。
  经常有人间我,为什么我吃东西的时候要戴着眼镜,因为我显然不需要眼镜,也能看得见食物和刀叉。
我的回答很简单,当我戴着眼镜的时候,食物显得更加美味可口。能够清楚地看见食物是饭菜质量的一部
分。
  “看”和“感觉”相得益彰。