2022年2月26日，由教务处举办的“虚拟现实在现代社会中的应用与发展”讲座在“钉钉”平台举行。我院1200余名师生共同观看了美国哥伦比亚大学博士、虚拟现实与人工智能科学家周昌印先生的演讲。无论是连接虚拟与现实世界的《黑客帝国》系列，还是穿梭于现实和层层梦境中的《盗梦空间》，也或是探讨人类与人工智能的《西部世界》，虚拟现实和人工智能成为电影文学中长盛不衰的题材之一。Meta（原Facebook）公司从对VR初创的收购到“元宇宙”世界的展开，又将虚拟现实与人类社交网络紧密相连。

 

 

 

    虚拟现实是自计算机诞生发展以来，人类区别于宗教哲学、物理生物学，从计算的角度思考人类在哪里、生存在一个什么样世界的新思路，人工智能、模拟世界是通过人类掌握的新手段去了解人类精神的新途径，探索者希冀解答什么是智慧、人与机器的差别等问题。一想到虚拟现实或者VR，人们往往将其与增强现实的AR相提并论。虚拟现实其实是计算机科学里面一个历史非常悠久的重要分支，早在1950-1960年代早期就已开始出现。周昌印先生认为，虚拟现实与人工智能的关系相较其他更为密切。两者相互交织形成波浪线条，在过去的六十多年间起起伏伏。VR与AI有着共生的土壤，当计算力、数据量和连通性提高的时候，这两个领域就会迅猛发展。与此同时，VR不同于人工智能这一技术，它是一个由多项技术共同组成的“造船”工程。

 

 

 

    虚拟现实到底是什么？能做什么？是否正如现在看到的是一个头显设备或者游戏平台？周昌印先生认为，虚拟现实是增强沉浸感、真实感、空间感的新媒体，它是继肢体声音、文字语言、图片视频后人类新的讲述与交流方式，通过新闻影视、体育通讯、教育培训、广告营销等形式帮助人类成长。同样，虚拟现实有望帮助一部分盲人“看见”世界。如果说脑机接口是人机交互未来的终极形态，那么，虚拟现实则是未来可期的新的人机交互界面。回望计算机1950年代的打孔输入，到1960年代的键盘输入到1980年代的鼠标输入，到2000年代的触摸屏输入，再到2010年代的AR、  VR出现，通过头部转动、表情捕捉、手势摆动、前后走动表情达意，无疑成为人类跨时空交流最“自然”的方式。连通物理世界，连接虚实世界，正是虚拟现实最重要的愿景。

 

 

 

    虚拟现实是如何工作的，VR的发展瓶颈和解决方法是什么？正如人类通过“眼耳鼻舌身意”五官六感接收信息，虚拟现实要通过创造的世界“欺骗”人脑，达到虽在身外、若在身内的以假乱真的效果。比起将外界声音转化为电信号，刺激人类听觉神经的声音模拟，人类视觉承载着80%-90%的信息来源。首先是分辨率，正常人眼分辨率在20K左右，现有多数VR设备分辨率只相当于人眼0.1的视力，与2.0的人类视力相差十倍以上；其次是对焦，人类通过晶状体和双眼聚焦完成对焦工作，两种对焦方式的不一致会导致不适；再次是刷新率，刷新率不高转向出现的图像抖动会造成眩晕感；另外，人眼对图像失真变形非常敏感，类似佩戴新配的近视镜，运动感知拟合度的不一致同样给人造成晕车的感觉。总之，眩晕是人脑对人造模拟世界不够真实的直接“抗议”。

 

 

 

    虚拟现实需要庞大的数据量和计算量。以Google Jump相机为例，它由16个2K*2K相机组成，一秒产生480帧数据，即使根据尼尔森定和律摩尔定律50%-60%的年增长效能，也远远无法满足VR的数据计算要求。这就要求更加智能高效的运算，完成“曲线救国”。通过算法研究，将原来需要75天处理信息速度提高150倍，在10小时内完成。但面对着数据传输和客户端播放的压力，实现实时直播还有一段距离。“弱水三千只取一瓢”。人眼在同一时刻只会关注很小的区域。世界虽然很大很精彩，但只对小部分传输渲染，用肉眼可见的部分，省去80%的数据吞吐和50%的CPU运算，将4K分辨率显示变成支持12K 的呈现。但相对于人的静止不动，转头带来的视野中心转移要求在移动之前完成相应运算，仍存在巨大压力。另外，通过3D建模和手势输入也可以提升虚拟现实的计算效能。

 

 

 

    最后，对于虚拟现实的未来，周昌印先生认为，VR离显示生活还有一段距离，尚处在非常早期的阶段。VR的完全实现取决于这个未来有多远。现代社会中的VR应用只是虚拟现实的冰山一角，待技术问题的一一突破，冰山才会最终浮现在人们面前。

 

 

教务处 王珩供稿