沉浸：虛擬現(xiàn)實的審美溯源、創(chuàng)新與技術(shù)進路

姜申

摘 要：作為新媒體藝術(shù)與技術(shù)的一個重要分支，虛擬現(xiàn)實反映了媒介嬗變中的一個隱性趨向，即從“客體審視”向“主觀沉浸”的演進。媒介發(fā)展的一個關(guān)鍵變革在于從主體對客體的凝視演化為主體聚身于虛擬環(huán)境中的主觀體驗。這個變革的外在表征就是新媒體的沉浸性。本文從這一屬性切入，展開對視覺媒介進化史的討論，從藝術(shù)積淀中看到審美對沉浸的渴求，進而將目光引向技術(shù)歷程與媒介實踐的應(yīng)用，以期給深陷于多元媒介變革的讀者提供些許啟示。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;沉浸;新媒體藝術(shù);VR;聚身性

虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)生源于人類對兩個方面的不懈渴求：在審美上，追尋看與被看間——主客體距離的泯滅，即“入畫”的沉浸感;在科技上，對空間的數(shù)字化復(fù)制與擴大生產(chǎn)，即對空間再生產(chǎn)的強烈愿望。

1 對“三維沉浸”的美學(xué)追索

就審美上來說，人們總希望為架上藝術(shù)（如繪畫）的平面性帶來些許變化，使之看起來不再是與觀賞主體間完全割裂的兩個對象，而將觀者引入畫面之中，構(gòu)成某種三維視角的聯(lián)系。在中國，漢代的墓葬畫像磚上可以看到古代藝術(shù)為此而作出的努力：在群臣朝賀的場面中，一排排個體除正面或側(cè)面像以外，還出現(xiàn)了斜面像的勾勒，使平面表達具有景深的厚度。十六國至北魏時期，佛教使立體造像興盛起來，進而與石窟藝術(shù)相融合，為平面繪畫提供了立體的觀賞空間。敦煌早期繪畫中，已有依據(jù)宗教人物的重要性而進行身形塑造的大小差異;唐代繪畫進一步將人物的大小與空間遠近相關(guān)聯(lián)，畫中景物雖邊際模糊、無界無束，卻體現(xiàn)出局部的原始縱深感。到宋代《清明上河圖》已運用成熟的散點透視技法，令街道、橋梁、船只、商鋪、人物等豐富的場面透過散漫的多個視點聚合在一個畫面里，將世俗生活的細節(jié)進行詳盡的表現(xiàn)。在西方，文藝復(fù)興為幾何在繪畫中的滲透帶來了契機，焦點透視技法蓬勃發(fā)展，即在二維平面上利用線和面趨向會合的視像錯覺原理，烘托景物的三維藝術(shù)表現(xiàn)力。例如，達·芬奇名作《最后的晚餐》中，畫家利用直角邊線向心點集中的原理，引導(dǎo)觀者的視線形成視覺中心和封閉式縱深構(gòu)圖，同時以餐桌為水平線橫亙在前方，構(gòu)成畫面的穩(wěn)定。與散點透視不同，焦點透視塑造一個生動的切入視角，著力營造與觀者融為一體的空間實感。當(dāng)然，平面繪畫總要與觀者保持一定的距離，這成為后者融入“畫境”的巨大阻礙。于是，在15世紀初的意大利布蘭卡契禮拜堂，馬薩喬嘗試用橫向彎曲的平面作畫，將觀者的左右視野包裹在一組近似半圓弧狀延伸的宗教壁畫中，這樣繪畫空間就有效地將面對它的人包圍起來。這種原始的“沉浸感”在更早的中國（如敦煌）洞窟繪畫中也得以運用，即洞窟不僅為宗教藝術(shù)遮風(fēng)避雨，它在創(chuàng)作的一開始便可能成為構(gòu)思的一部分，為壁畫及造像的空間立體感（或沉浸感）造勢。1900年巴黎世博會上，電影剛剛問世不久，法國人塞松就開始嘗試環(huán)幕電影，在一個直徑約32米的圓柱形大廳內(nèi)，他用10臺70毫米的電影放映機，從大廳中心向四周放映世界各地的城市風(fēng)光，用銀幕營造出密閉空間內(nèi)的全景視場。總之，人們從未放棄對自己腦后景物的興趣，而追求“周知”的結(jié)果往往使觀者自身陷入藝術(shù)表達所勾勒的空間之中。

然而，文藝空間實現(xiàn)了對人的身體的包裹，卻難以提升感知的純度。無論洞窟還是環(huán)幕，身體總以不合時宜的在場性提醒著觀者：你和視覺文藝之間存在距離，你在看，而不是沉浸其中。如何去除環(huán)境干擾的因素而融入純粹的視覺感知中？早期的電話機設(shè)計提供了啟發(fā)：為了避免雜音和環(huán)境干擾，人們在接聽電話時用聽筒堵住耳朵、用麥克風(fēng)盡量接近嘴唇。機器與媒介器官越接近，它所得到的有用信息越多、所受外界干擾越弱。沿著這一思路，人們開始幻想一種裝置，能撇開身體而直接為人的眼睛提供視覺信息。1932年，英國作家阿道司·赫胥黎在他的反烏托邦小說《美麗新世界》里，以公元26世紀為背景描述未來世界的種種場景。[1]其中就提到一種戴在眼前的觀影設(shè)備，可為觀眾提供視聽甚至嗅覺等感官體驗，以營造出沉浸式的電影世界。這一幻想開啟了虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的新篇章。

2 早期技術(shù)實踐

1968年，計算機圖形學(xué)家伊萬·薩瑟蘭（Ivan Sutherland）制造出一個真正的頭戴式顯示器，取名為“達摩克利斯之劍”。這是對虛擬現(xiàn)實最早進行實證的裝置，能夠顯示一個簡單的幾何圖形網(wǎng)格并覆蓋在佩戴者周圍的感知環(huán)境中。由于具備真實的電子光學(xué)顯示能力，系統(tǒng)有著異乎尋常的重量，而不得不吊在天花板上以分擔(dān)使用者頭頸部的壓力。“達摩克利斯之劍”是西方人熟知的歷史典故：公元前4世紀，古希臘的移民城邦敘拉古，統(tǒng)治者狄奧尼修斯二世有一位朝臣名叫達摩克利斯。后者非常喜歡奉承他的君主，他說：作為一個擁有權(quán)力和威信的偉人，狄奧尼修斯實在很幸運。狄奧尼修斯于是提議，與他交換一天的身份，那樣他就可以切身體會到首領(lǐng)的命運。在晚上舉行的宴會中，達摩克利斯非常享受成為國王的感覺。當(dāng)晚餐快結(jié)束的時候，他抬頭才注意到王位上方僅用一根馬鬃懸掛著的利劍;這令他立即失去了對美食和美女的興趣，并請求狄奧尼修斯放過他，他再也不想得到這樣的幸運。從外表上看，這個虛擬現(xiàn)實設(shè)備像是懸在頭上的利刃，為體驗者帶來不安;但這個典故也暗示著“感覺的交換”——某種在真實情況下不可能體悟到的虛幻現(xiàn)實。

20世紀70年代，美國航天局為培訓(xùn)航天員開發(fā)了安裝在頭盔上的顯示設(shè)備。1987年日本任天堂推出了配合電視游戲機使用的Famicom 3D System游戲眼鏡。1993年世嘉公司在北美消費電子展上推出了虛擬游戲眼鏡“SEGA VR”。由于“虛擬現(xiàn)實”在媒介研究中的持續(xù)升溫，人們賦予它一個簡化的名字——“VR”，即英文“Virtual Reality”的縮寫。VR開始了由專業(yè)應(yīng)用向游戲消費類應(yīng)用的轉(zhuǎn)折。索尼、HTC、Facebook等巨頭紛紛踏上虛擬現(xiàn)實硬件的探索征程。

人們對虛擬空間的應(yīng)用熱忱似乎來不及等待VR硬件播放手段的成熟就早已展開。計算機圖形學(xué)及圖像處理技術(shù)在建筑、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域已有很長的應(yīng)用歷史。在消費領(lǐng)域，數(shù)字電影特效和游戲場景的虛擬搭建也早已探索出成熟的應(yīng)用路徑。近年來，博物館的虛擬展示也大規(guī)模拓展：從早期盧浮宮推出數(shù)字博物館，到意大利龐貝古城的虛擬復(fù)原，再到圓明園的數(shù)字化重現(xiàn)等等。透過計算機虛擬建模的方式進行空間表達，已不是什么高難度的科學(xué)范疇。但“計算機建模”的時間和精力投入巨大，在沒有足夠的VR觀看硬件適配的狀態(tài)下，仍停留在二維平面輸出的水平上，缺乏空間感的包裹和沉浸體驗。

3 全景視頻的介入

VR真正的爆發(fā)是在2015年前后，縫合軟件的成熟使多臺固定角度的廣角相機有可能通過流媒體（實景攝像）的方式構(gòu)建實時運動的360°全景空間。與傳統(tǒng)的計算機建模相比，實景VR有著顯而易見的優(yōu)勢：它無須運行建模軟件，可節(jié)約大量的渲染時間和運算精力;比起計算機模擬效果，實景攝錄的現(xiàn)實感更強、更逼真，最新的3D VR攝像系統(tǒng)甚至能輕而易舉地構(gòu)建出三維立體的實景空間。當(dāng)然，在交互性的嵌入上，實景拍攝不如計算機建模在程序結(jié)合上那么方便。

早期的民用VR實景拍攝系統(tǒng)由6～12臺小巧的運動相機（如GoPro相機）通過特制的金屬框架拼合而成，每一臺相機只負責(zé)攝錄一個角度的運動圖像，拍攝完成后將每臺相機的存儲卡數(shù)據(jù)依次導(dǎo)入電腦，再開啟拼接軟件對各個角度的圖像進行縫合，之后用普通的視頻軟件進行剪輯和后期處理，即可使用VR播放器進行全景觀看。隨著拍攝硬件的集成化發(fā)展，也逐漸出現(xiàn)了一些具備全自動縫合的高端一體化VR相機，這類設(shè)備是專門為VR拍攝而設(shè)計的，縫合精度及成片效率明顯提升，已具備新聞采編和直播應(yīng)用的水準(zhǔn)。

拍攝端的精進使全景觀影需求出現(xiàn)井噴式的增長，也帶動了VR播放端的硬件發(fā)展。從媒介技術(shù)的延展上看，VR視覺播放硬件大致分成3個主流形態(tài)。

第一種形態(tài)被稱作“需要外接計算平臺”的VR眼鏡，以HTC VIVE、Oculus Rift、索尼PS VR為代表。這類眼鏡內(nèi)置固化的顯示系統(tǒng)，但核心的計算能力（CPU、圖形加速器、內(nèi)存等）需要通過線纜與電腦或游戲主機相連而獲取。因此，這類設(shè)備的圖形處理能力強、適用范圍廣、迭代升級容易、顯示精度有保障、接口豐富，可連接各種外設(shè)操控硬件（如手柄、紅外或體感控件），交互娛樂性強，適用于高端游戲及綜合視覺體驗中，商業(yè)延展價值高。另一方面，外接處理器的VR硬件相對龐大、沉重，在便攜性上有著致命的短板，難以在汽車、火車、飛機等交通工具上作為隨身娛樂系統(tǒng)使用;線纜的長度也限制了佩戴體驗的空間移動性，使其只能固化在商場或固定的展示環(huán)境中應(yīng)用。

第二種形態(tài)被稱作“手機盒子”，源自谷歌在法國的兩位工程師，他們充分運用智能手機作為通用的計算與感應(yīng)平臺（手機內(nèi)置處理器和方位傳感器）嘗試設(shè)計移動播放軟件在手機上實現(xiàn)360°分屏顯示，再將手機置于配有凸透鏡的特質(zhì)紙板眼鏡盒中形成一個虛擬現(xiàn)實的原型設(shè)備。這個紙盒眼鏡被稱為Google Cardboard。由于其結(jié)構(gòu)簡單，很快被各地推廣開來，原來的紙板也升級為工程塑料。其優(yōu)勢在于，與各種手機的適配性極強，消費者無須添置任何電子硬件即可體驗VR;由于處理器、方位傳感、內(nèi)存、電池都內(nèi)置于手機，它的便攜性大大增強，應(yīng)用場景趨于生活化;成本的低廉蘊藏著巨大的普眾化潛力，利于虛擬現(xiàn)實向大眾消費市場的拓展。但由于各類手機的尺寸、分辨率不一致，這類設(shè)備的沉浸效果一般，也缺乏足夠的交互界面和接口，互動體驗不足。所以，這類設(shè)備只適用于家庭VR視頻、低端游戲和VR新聞閱讀等生活場景。

第三種形態(tài)被稱作“VR一體機”，它建立在彌補前兩種形態(tài)不足的基礎(chǔ)之上，將處理器、傳感器、內(nèi)存、電池、按鍵等電子設(shè)備集中于VR眼鏡，提升了便攜性、移動性;又內(nèi)置了高精度、大視場角、色彩豐富的顯示系統(tǒng)，提升了分辨率，增強了沉浸體驗。但這種高度電子集成化產(chǎn)品的軟硬件升級潛力相對有限，系統(tǒng)復(fù)雜拉高了它的設(shè)計制造成本，連接外部設(shè)備的能力不強。因此，一體機更適用于商業(yè)展示和專業(yè)應(yīng)用范疇。

4 技術(shù)進路

在未來，硬件觀看設(shè)備的提升主要向著高解析度、大視場角、快速動態(tài)顯示以及全景聲場這4個個方向演進。VR眼鏡的屏幕解析度直接關(guān)系到觀眾對虛擬空間的仿真體驗，提高屏幕分辨率勢在必行，4K以上的全高清顯示系統(tǒng)將普遍應(yīng)用于VR體驗。虛擬現(xiàn)實頭盔在視場角方面仍顯局促，觀眾佩戴時很容易感受到眼眶四周的邊框，這極大地限制了身臨其境的“代入感”，因此擴大視場角度成為硬件設(shè)計的關(guān)鍵。方位傳感器需具備敏銳的隨動反應(yīng)能力，并將體驗者的細微移動與顯示內(nèi)容作相應(yīng)的匹配，在傳感和顯示中處理速度稍有遲疑便會形成拖影，造成觀者的暈眩或不適。聲音也是VR影音體驗中的重要一環(huán)，傳統(tǒng)的立體聲場建立在觀眾與屏幕間固定的方位上進行輸出，左右聲道構(gòu)成一條軸線與屏幕方向近似垂直;而VR需要隨觀眾視場的方向變化輸出全向的聲音，被稱為“全景聲場”，即與方位傳感器隨動的聲音程序，才能提供良好的沉浸視聽體驗。

在VR視聽設(shè)備日趨成熟的今天，虛擬現(xiàn)實業(yè)態(tài)呈現(xiàn)出明顯的分野。一部分力量以原有的計算機建模為基礎(chǔ)，占據(jù)編程的優(yōu)勢，面向游戲市場、拓展交互的可能性，在商業(yè)廣場等人口密集區(qū)建立大規(guī)模“虛擬現(xiàn)實體驗店”，快速形成商業(yè)盈利模式。這類模式的顯著特征是計算機動畫和強交互操控特性，用戶參與性強，但系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、畫面真實性相對較弱。另一部分力量借助最新的VR相機，以實景拍攝為基礎(chǔ)、全景視頻縫合為優(yōu)勢，面向直播、家庭、博物展示、新聞紀錄等領(lǐng)域，努力拓展沉浸效果;在旅游、房產(chǎn)、科普、教育、廣告等特殊應(yīng)用場景，具有廣泛的發(fā)展前景。這類模式對計算機建模的需求相對較弱，開發(fā)周期短，成本低廉，操作簡易，符合碎片化信息傳播對時效性的迫切要求。這類模式的顯著特征是逼真的全景視效，但尚缺乏交互接口和操控界面，給用戶提供的互動機會有待提升。以發(fā)展的眼光看，雖然兩類模式具有明顯的技術(shù)區(qū)別，但其發(fā)展方向殊途同歸。為了給用戶營造沉浸式的虛擬體驗，就必須還原場景的真實性，動畫建模就必須向?qū)嵕俺上窦夹g(shù)靠攏;要提升沉浸感，就必須改善虛擬現(xiàn)實與用戶之間的交互，互動越自然，感知就越真實，因此實景VR就必須向計算機編程靠攏，以提供更多的交互接口和互動性。未來，動畫VR與實景VR在應(yīng)用上一定會突破技術(shù)壁壘、相互借鑒，向合流的方向演進。

總之，在科技更迭如此迅速的時代，我們不應(yīng)忘記科學(xué)的初衷與使命——源自人的智慧、服務(wù)于人的生活。期待虛擬現(xiàn)實的發(fā)展能給人類帶來更好的視覺體驗與審美體悟。

參考文獻：

[1] 奧爾德斯·赫胥黎（英）.美麗新世界[M].陳超，譯.上海譯文出版社，2017.