虛擬現實技術（VR）在新媒體報道中的應用

魏岳江

虛擬現實技術（VR）現已進入公眾的視野，特別是2016年全國兩會VR成為新媒體報道的高頻詞，一些主流媒體首次嘗試VR報道，甚至有專家預言VR代表下一代互聯網發展的趨勢。隨之而來的有關VR產業的報告也輪番出爐，VR產業拔桿而起，阿里巴巴成立VR實驗室，暴風TV發布首款VR電視，華為公布其第一代VR眼鏡產品，等等。可以預見，不久的將來移動互聯網、云計算、物聯網、大數據等信息技術廣泛應用，將推動VR技術成為未來眾多經濟社會創新應用的基礎平臺。那么什么是VR？其前世今生、發展趨勢如何？

一、了解掌握虛擬現實技術（VR）原理，正確認識與模擬仿真的區別

虛擬現實技術（VR）也稱靈境技術，是隨著微電子技術不斷進步而逐步發展起來的一種嶄新三維空間環境再現技術。VR是一種以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統的技術。也就是說，VR利用計算機生成一種模擬環境，利用多源信息融合的交互式三維動態視景和實體行為的系統仿真使用戶沉浸到該環境中。截至目前，世界上還沒有關于它的普遍適用的定義，但一般可以認為：它利用各種人機交互技術為人類在現實空間之外創造了另一個盡可能真實的互動的身臨其境的虛幻世界，使人類可以漫游其中，體驗最真實的虛擬空間，不受任何限制地在自己的夢想里散步。VR已經廣泛應用于新媒體、航天、軍事、工程等各種尖端科技領域中，并將作為一種先進的技術手段更為廣泛地應用于我們的日常生活，并影響我們的日常生活。由于虛擬現實在人機交互中使用的顯示器大多是頭盔式增強型隨身看顯示系統，所以它是隨身看顯示系統最有前景的應用領域之一。VR用戶只需戴上虛擬現實裝備，如頭盔、眼鏡等，就可以身臨其境地感受到設備中設置好的各種場景。VR系統一般包括用戶控制系統（如人體運動監測、控制桿、鍵盤、鼠標等控制設備）和視覺、聽覺、觸覺、嗅（味）覺等人類感覺方面的仿真反饋系統、處理系統，以及人類感知的信息顯示系統（顯示器、音響、三維座椅）。其中，視覺、聽覺的控制和仿真是目前VR較為主要的發展方向，而頭盔式增強型隨身看顯示系統則是用戶使用的主要產品形式。

VR是依賴于大量的計算機軟件技術如人工智能、模式識別、圖形學、底層接口等技術和新型顯示技術、場傳感器技術、力量反饋系統、無線有線通訊等技術綜合應用的一門邊緣學科。從本質上講，VR是對現實世界的再現和夢境的實現；從技術角度講，它是軟件、硬件領域的前沿技術綜合應用和面對對象的綜合技術開發。VR將可以使人們在頭戴一個頭盔式增強型隨身看系統的情況下，身臨其境地體驗夢幻似的虛擬現實。其實，這些虛擬現實場景，就是使用復雜的軟件技術預先在計算機中構造一個真正的虛擬空間，空間中的每一個點都具有X、Y、Z坐標和色彩、法線、邏輯關系等眾多維度的信息，計算機再通過傳感器、操縱桿、鼠標等用戶輸入設備確定虛擬場景中人的六個自由度位置，最后通過計算機將畫面再現到用戶眼前，從而創造出虛擬空間。這樣的一系列工作如果能夠連貫起來，并且整個系統一個周期的運算時間小于人的視覺暫留時間，用戶就會在頭戴式增強型隨身看顯示系統的大型虛像顯示屏幕上擁有身臨其境地在虛擬現實世界中漫游的感覺。VR就是創造一個虛擬的環境，讓你覺得這就是現實。通過這個虛構的現實來娛樂你、吸引你。

然而，不能把虛擬現實和模擬仿真混淆，兩者是有一定區別的。概括地說，虛擬現實是模擬仿真在高性能計算機系統和信息處理環境下的發展和技術拓展。我們可以舉一個煙塵干擾下能見度計算的例子來說明這個問題。在構建分布式虛擬環境基礎信息平臺應用過程中，經常會有由燃燒源產生的連續變化的煙塵干擾環境能見度的計算，從而影響環境的視覺效果、仿真實體的運行和決策。某些仿真平臺和圖形圖像生成系統也研究煙塵干擾下的能見度計算，仿真平臺強調煙塵的準確物理模型、干擾后的能見度精確計算以及對仿真實體的影響程度；圖形圖像生成系統著重于建立細致的幾何模型，估算光線穿過煙塵后的衰減。而虛擬環境中煙塵干擾下的能見度計算，不但要考慮煙塵的物理特性，遵循煙塵運動的客觀規律，計算影響仿真結果的相關數據，而且要生成用戶能通過視覺感知的逼真圖形效果，使用戶在實時運行的虛擬現實系統中產生身臨其境的感受和體驗。

二、虛擬現實技術（VR）的誕生

還在20世紀60年代，VR技術就已經存在了，但需要搬很笨重的一臺設備才有可能來體驗，因此，只有在軍工、航空等特別少的專業領域才會用到VR。美國虛擬現實研究技術的水平基本上就代表國際虛擬現實技術發展的水平。20世紀90年代，美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。美國宇航局研究的重點放在對空間站操縱的實時仿真上，大量運用了面向座艙的飛行模擬技術。如對哈勃太空望遠鏡的仿真，到制定一個名為“虛擬行星探索”的試驗計劃，這一項目能使“虛擬探索者”利用虛擬環境來考察遙遠的行星，他們的第一個目標是火星。現在己經建立了航空、衛星維護虛擬現實技術訓練系統和空間站虛擬現實技術訓練系統，并且已經建立了可供美國境內使用的虛擬現實技術教育系統。北卡羅來納大學是進行虛擬現實技術研究最早最著名的大學。他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、建筑仿真等。在顯示技術上，該學校開發了一個名為“像素飛機”的幫助用戶在復雜視景中建立實時動態顯示的并行處理系統。麻省理工學院是另一個一直走在最新技術前沿的科學研究機構，原先就是研究人工智能、機器人和計算機圖形學及動畫的先鋒，這些技術都是虛擬現實技術的基礎，1985年成立了媒體實驗室，進行虛擬環境的正規研究。華盛頓大學華盛頓技術中心的人機界面技術實驗室在新概念的研究中起著領先作用，同時也在進行感覺、知覺、認知和運動控制能力的研究。他們將虛擬現實技術的研究引入了教育、設計、娛樂和制造領域。例如，波音公司的V22運輸機就是先在實驗室中造出虛擬機后再投入生產的。伊利諾伊州立大學研制出在車輛設計中支持遠程協作的分布式虛擬現實技術系統，身在不同國家、不同地區的工程師們可以通過計算機網絡實時協作進行設計。在設計車輛的過程中，各種部件都可以共享一個虛擬環境，并且可以查看對方任何一個位置的視頻傳遞和相應的定位方向。在系統中采用了虛擬原型，從而減少了設計圖像和新產品進入市場的時間，這樣產品在生產之前就可以估算和測試，并且大大地提高了產品質量。喬治梅森大學研制出一套在動態虛擬環境中的流體實時仿真系統。在一個分布交互式仿真系統中仿真真實世界復雜流體的物理特性，包括仿真正在穿過水面行駛的船、仿真攪拌液體、仿真混合不同顏色的液體、仿真混合不能溶解的油和水、仿真下雨和流動的地形以及仿真流體的相互影響等特性。

三、分布式虛擬現實系統是虛擬現實技術（VR）最佳系統，全媒體已進入到VR/AR（MR）時代

虛擬網絡視頻直播、虛擬圖文網絡直播成為2016年全國兩會的新亮點。兩會期間，人民日報采取VR（虛擬現實技術）、H5（第五代應用超文本標記語言）、360度相機，讓全國兩會更加清晰透明、立體直觀、全方位播報。網民只要打開客戶端，佩戴VR眼鏡，新媒體設備不僅記錄會議立體多維空間動態全景，而且讓網民感覺自己仿佛就是現場聽眾，身臨其境地觀察兩會現場的精彩效果。網民用手點擊鼠標或在手機屏幕上隨意滑動手指，眼前就能看到會場的主席臺、發言席、任何座次位置，以及代表委員的精神面貌。人民日報記者還使用一款安裝有多個攝像頭的360度全景相機，進行全方位、多角度立體拍攝，既能記錄李克強總理作報告時的神情，也能錄制主席臺上各位代表以及整個會場代表的精神狀態。新華社對新聞發布會的直播頁面中，多名記者滾動發布現場文字、圖片、錄音與視頻，并啟動VR全程直播模式。發布會剛結束，光明日報融媒體作品《政協新聞發布會VR實況》就已通過微信、微博傳播出去，許多委員還帶上虛擬現實技術產品“VR眼鏡”親身體驗到光明網制作的VR全景視頻新聞。其他省、自治區、直轄市的融媒體團隊2016年對“全景會場”報道技術也進行了升級，有的首次使用VR全景視頻技術，在計算機上生成的、可交互的三維環境中提供沉浸感覺，讓網民走到代表委員座位旁邊，親臨會場當觀眾。

近年來，計算機、通訊技術的同步發展和相互促進成為全世界信息技術與產業飛速發展的主要特征。特別是網絡技術的迅速崛起，使得信息應用系統在深度和廣度上發生了本質性的變化，分布式虛擬現實系統（DVR）即是一個較為典型的實例。所謂DVR是指一個支持多人實時通過網絡進行交互的軟件系統，每個用戶在一個虛擬現實環境中，通過計算機與其它用戶進行交互，并共享信息。分布式虛擬現實系統是基于網絡的虛擬環境，在這個環境中，位于不同物理環境位置的多個用戶或多個虛擬環境通過網絡相聯結。根據分布式系統環境下所運行的共享應用系統的個數，可把DVR系統分為集中式結構和復制式結構。集中式結構是只在中心服務器上運行一份共享應用系統。該系統可以是會議代理或對話管理進程。中心服務器的作用是對多個參加者的輸入/輸出操縱進行管理，允許多個參加者信息共享。它的特點是結構簡單，容易實現，但對網絡通信帶寬有較高的要求，并且高度依賴于中心服務器。復制式結構是在每個參加者所在的機器上復制中心服務器，這樣每個參加者進程都有一份共享應用系統。服務器接收來自于其它工作站的輸入信息，并把信息傳送到運行在本地機上的應用系統中，由應用系統進行所需的計算并產生必要的輸出。它的優點是所需網絡帶寬較小。另外，由于每個參加者只與應用系統的局部備份進行交互，所以，交互式響應效果好。但它比集中式結構復雜，在維護共享應用系統中的多個備份的信息或狀態一致性方面比較困難。分布式虛擬現實系統在遠程教育、科學計算可視化、工程技術、建筑、電子商務、交互式娛樂、藝術等領域都有著極其廣泛的應用前景。利用它可以創建多媒體通信、設計協作系統、實境式電子商務、網絡游戲、虛擬社區全新的應用系統。如教育應用：把分布式虛擬現實系統用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結構顯示等領域，由于數據更加逼真，大大提高了人們的想象力，激發了受教育者的學習興趣，學習效果十分顯著。同時，隨著計算機技術、心理學、教育學等多種學科的相互結合、促進和發展，系統因此能夠提供更加協調的人機對話方式。如工程應用：當前的工程很大程度上要依賴于圖形工具，以便直觀地顯示各種產品。分布式虛擬現實系統的應用將使工程人員能通過全球網或局域網按協作方式進行三維模型的設計、交流和發布，從而進一步提高生產效率并削減成本。

隨著VR硬件設備市場資本不斷涌入，VR頭盔等硬件載體如雨后春筍般問世，全景攝像機首當其沖，我們將進入到VR/AR時代。AR即增強現實技術，如今全世界有20幾家權威的公司在進行研究，微軟的技術已經非常熟練，目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界并進行互動。這種技術由1990年提出。隨著隨身電子產品CPU運算能力的提升，預期增強現實的用途將會越來越廣。從本質上來說，AR是數字媒體和真實世界之間的交互，我們需要一個充當日常“窗戶”的濾鏡。AR的成像理念與VR的成像體驗打造出了一種以全息投影現實為主的混合虛擬現實MR技術。在2016年6月1日舉行的微軟開發者峰會上，微軟CEO薩提亞·納德拉向人們強調了對Hololens的正確“打開”方式——Hololens既不是VR頭盔，也不是AR眼鏡，而是屬于MR的混合現實設備。MR是將計算機生成的3D虛擬物體全息投射到現實空間中，MR設備的佩戴者可以現實空間中與3D虛擬動畫進行交互式操作，并觸發相應功能。MR設備的成像原理并不同于沉浸式的VR設備，它也是將虛擬畫面投射到真實空間中，但所投射的全息3D圖像，其成像效果突破了虛擬與現實世界的界限，能夠提供近乎于VR般的沉浸式體驗。然而，盡管MR技術吸納了AR 設備與VR設備的部分效果，但卻無法實現在Hololens上兼容AR和VR。因為，VR采用的交互手段完全由人工設定，AR則更注重真實物體與虛擬效果的鏈接。要將AR與VR兼容到同一設備上，實現VR和AR終端的硬件兼容，只需要在終端上加裝一個攝像頭，解決沉浸式畫面與真實畫面的切換顯示問題，以及隨之而來的界面交互問題。

（作者系北京市委新媒體中心高級記者）