視覺綁架身心VR如何讓身體進入虛擬空間

技術宅

現在VR已經成為時下最熱門的概念，不過很多低端VR設備只是讓我們在戴上這些設備后能夠讓眼睛沉浸在虛擬真實的環境里，戴上后可以在我們眼前顯示VR環境，整體感覺就像是將電視畫面移動到我們的頭部。但是一些高端的VR設備如Oculus Rift， HTC Vive，則致力于將我們整個人（而不僅僅是頭部、眼睛）帶入到虛擬現實之中，這些設備是依靠什么技術實現這個功能的呢？

虛擬還是現實

VR設備的一個重要特性就是沉浸感，這個感覺可以讓人們分不清楚是處于虛擬還是真實的環境中。那么這些設備是如何實現這種效果的呢？

大家知道我們對真實環境的感知主要是依靠視覺、聽覺、觸覺、嗅覺味覺和運動感知這五大身體感知系統。比如我們到了麥當勞，麥當勞能夠讓我們覺得這是一家餐廳，首先是我們的眼睛可以看到麥當勞的標志，同時在進入餐廳后看到麥當勞員工、食品、餐桌等餐廳元素，耳朵可以聽到顧客的聲音，手可以觸摸到麥當勞的食品，口可以感受到雞翅等的味道等。這些完整的感知就會讓我們知道這是一家麥當勞餐廳。

VR設備要讓我們有全身心的沉浸感覺，這些設備就是通過各種部件來模擬人的上述五大感知系統，使得人們可以獲得和在現實環境中一樣的感知。比如對于視覺感知，為了讓用戶在視覺上擁有真實的沉浸感，高端VR設備都會配備一個特定的球面弧度鏡片，比如Oculus的虛擬現實頭盔的鏡片就是球形畸變，它通過特定的算法生成一整套立體圖像，從而讓人眼感覺到真實的位置投射以及大視角范圍的覆蓋，讓大腦“誤認為”看到的就是一個真實的生活場景（圖1）。

對于觸覺感知，VR設備通過配備的傳感器來實現。比如Finch的手指傳感器，它像可穿戴設備一樣可以戴在人的食指、拇指和中指上，食指的傳感器上還配備了觸摸板（圖2）。用戶通過這套設備獲得觸摸反饋可以無延遲地傳輸到VR中，這樣我們在VR環境中就可以獲得和現實世界中一樣的反饋，如接觸到虛擬物體就會有現實中的觸摸感覺。當然一些高端的VR設備的傳感器甚至還可以讓我們獲得冷、熱、痛感等感覺，能夠讓我們在虛擬世界里獲得更為真實的觸覺感知。

對于運動感知則通過追蹤設備和攝像頭捕捉來實現。根據運動學原理，任何運動都可以拆分成上下、左右、前后這6種基本運動方式，而這6種基本運動方式又可以分為位移和旋轉。這樣對于人類運動感知的模擬，VR設備就是通過追蹤人類運動并分解為這些基本運動實現運動感知的捕捉。比如HTC Vive的追蹤系統可以在人們操控手柄的時候獲得運動的感覺（圖3）。

另一方面對于運動感知的模擬，VR設備還會通過一個或多個攝像頭持續不斷地追蹤物體上的標記點，然后通過一系列的算法來判斷出物體的位置，從而可以讓人們在虛擬世界里實現空間定位。比如Sensics dSight頭盔顯示器上就有很多用于捕捉標記點的紅外Mark點，通過這些Mark點的捕捉實現虛擬空間的定位（圖4）。

至于對于人類比較主觀的味覺、嗅覺的模擬則借助數碼味覺接口系統來實現這類感知的數字化轉換，這套系統包含兩個主要模塊。一個是控制系統，可以通過配置不同的電流、頻率和溫度的大小，讓用戶有味覺體驗；另一個則為“舌頭接口”，它是兩片薄薄的金屬電極。這樣通過電刺激模擬出酸甜苦辣等味覺效果并傳輸到VR環境中，從而讓人擁有各種不同的味覺感知（圖5）。

當然，除了這些客觀的模擬感知外，現在VR廠商們還在VR中導入人類主觀的感受，比如在VR游戲中的虛擬化身、故事敘述、觸覺以及其他微妙的視覺、聽覺和感官線索來讓你徹底認為你就是處在一個真實的環境中。這樣VR設備通過模擬人類的客觀和主觀的感知，讓身體完全融入一個虛擬真實的空間。

全身心感受 VR可以給我們帶來更多

如上所述，隨著VR技術的發展，VR設備可以讓我們獲得更為真實的全身心感覺，這些技術的發展必然會給我們的生活帶來很多的便利。

比如對于游戲迷來說，借助VR設備就可以給我們提供極度真實的游戲環境，顯然可以讓我們擁有更好的游戲體驗。當然類似的VR效果還可以用在生活中的很多地方。比如對于方興未艾的遠程教育，VR技術可以采用Kinect這樣的VR設備對老師進行實時掃描，這樣我們在現實教室中就可以看到遠程老師“出現”在我們眼前，而且可以實現學生和老師們面對面的交流，感覺就像在現在學校的課堂中上課。這種遠程教育的效果相信遠比現在單純的視頻畫面要好得多。

可以相信，隨著VR技術的發展和VR設備的普及，VR一定會給我們的生活帶來意想不到的各種便利。