虚拟现实与人工智能的融合应用

从机械时代开始，人类与机器间彼此交流信息的历史已近200年。从英国维多利亚时代，需要通过移动齿轮、链条来输入信息的计算仪器就已开始。到了20世纪60年代，键盘和阴极射线管的出现，人类与机器可以正式开始通过命令进行文字交互。70年代，鼠标的发明让电脑信息的读取可以通过箭头移动与按钮进行，而不只是通过文字输入。不过至此人机的交流仅限于文字输入输出，直至80年代，第一款面向商业应用、收费高昂的图形界面Xerox才正式诞生。随后苹果公司推出了第一款面向消费者的黑白图形界面，并配有鼠标操作。

相比手动移动齿轮链条，鼠标键盘及图形界面的使用使人机交互简单易行了许多，但这并不是终点。20世纪80年代后期，多点触摸屏技术成为技术热点，经过十几年的发展，触摸屏幕在20世纪末期走向成熟，并在苹果公司iPhone的推动下，触摸屏幕成为继鼠标键盘后的另一种主流人机交互方式。时至今日，大部分人已经习惯在智能手机或平板设备上通过滑动、触碰点击、摇晃旋转进行操作。在个人电脑方面，苹果和微软都以触摸交互设计为基础，设计了最新的操作系统。苹果提供手势支持丰富的触摸板，而微软的Windows8以牺牲鼠标操作性为代价支持触摸屏幕操作。

触摸操作不会是人机交互进化的重点。虽然触摸交互方式是目前已知最为自然的接触方式，但是人机互动的方式仍然可以更加接近人类自然的交流方式，甚至于有一天超越或者替代人类天然的交流方式。而虚拟现实技术的发展，就伴随着这样的期许与愿望。相较于目前所有的信息输出设备，从个人电脑、家庭影院到移动终端，虚拟现实设备将带来完全不同的完全“浸入式”体验。传统输出方式的使用者一直处于第三者视角，依靠输入输出设备交互。而虚拟现实设备让使用者切换到了真正的第一人称视角，不再是通过输入设备控制显示器中的替身，而是通过身体的移动向设备传输信息，同时全景信息将以第一人称的方式传递给使用者。如果说目前的平板电脑可以做到让未受过训练的两三岁孩子直接使用，那么虚拟现实设备，从理论上说可以让刚出生的婴儿使用（当然从婴儿健康角度考虑，我们最好不要这么做）。

同时，虚拟现实所带来的革命，将不光局限于人机互动领域，同时也会是人类信息传播史上的一个重要的里程碑。信息的记载与传递是人类文明的基础，也是人类与其他动物的基本区别。语言文字的发明使人类从物种竞争中脱颖而出，成为地球上的主宰物种。在文字被发明以前，人类试图使用绘画记录传递信息，但是绘画难以捕捉抽象概念与思想。文字和语言的发明使人类得以使用文字记录历史和思想。人类文明的产生就是奠定在一代代知识与思想的累积上的。

虚拟现实技术有希望成为继文字语言发明之后的另一个里程碑。虽然大部分信息、思想可以通过文字以及语言传递，但是文字和语言不能把所有的信息都保留传递，只能通过语言的概括、提取、描述来传递信息。因为，信息的抽象和不完整性，阅读者需要在脑中还原信息，准确度往往不是很理想。比如，用文字描述一片海滩，洁白的沙粒，一望无际的海，海天一色。高超的语言使用者能够尽可能地调动读者的想象力，指导读者去还原想要描述的画面，但是不可能做到百分百的还原。

不过就目前的发展而言，摄影和摄像技术，使得百分百还原一片沙滩成为现实。但是这还不是真正的百分百还原，因为摄影与摄像技术，还原的只是某个角度、某个时间段内的声音影像。相比而言，真实的存在于一个沙滩，可以自由地选择从任意的角度观看，可以闻到海风的味道，可以感受脚上沙子的触感和海水的冲击，还可以捡起一把沙子丢到水里。无论是在文字描述或者照片影片中，角度转换、触感、嗅觉、动作的捕捉和反馈等方面的信息都是缺失的。而虚拟现实技术发展的方向，就是从角度转换开始，一步步地使人类的描述记录更加全面，贴近于现实，最大限度地记录、提供真实世界所有的信息。

更加准确详细的信息记录带来的将是更高效率的信息传递。高效率信息传递应用的前景十分广泛，从教育、商业到娱乐社交，生活中的方方面面都将从中受益。可以替代真实的虚拟课堂，员工不需出门就可以通过虚拟现实一同合作办公，异地恋情侣、离乡打工的人们可以随时通过虚拟现实团聚。如果虚拟现实的技术足够成熟，人机互动将不必再使用任何第三方输入输出设备，就像人与人沟通一样自然。而人与人之间通过虚拟现实设备沟通，也可以达到类似于面对面直接沟通的效果。理想中的虚拟现实设备，应该能够同时在视觉、听觉、嗅觉以及触觉方面与使用者交互。

就目前的虚拟现实技术而言，要达到全面捕捉、模仿现实世界还有很长的一段路要走。很多年前，在普遍使用Windows95的年代，作家王小波曾写过一篇著名的杂文“盖茨的紧身衣”，文中提出一个比尔·盖茨多年前关于虚拟现实的设想，VR紧身衣。根据王小波的描述，这款多年前构思的VR产品像一件衣服，上面有很多触头模仿人类的触觉，据说只要有25～30万个触点，就可以模拟人全身的触感。王小波曾估计，20年后这样的科技也许可以变成现实。很遗憾的是，20年过去了，我们现在并没有再听到过任何关于这款紧身衣的消息。这不意味着比尔·盖茨放弃了虚拟现实，微软处于开发中的HoloLens也是目前种类繁多的虚拟设备中的一个亮点。但是现有的HoloLens与紧身衣比起来，能提供视觉以及听觉方面的交互。虚拟现实的未来还有很长的路要走。(www.xing528.com)

目前，虚拟设备功能主要由两部分组成，一是对使用者的移动进行捕捉，二是根据捕捉所获得的数据输出3D影像与声音。国内目前有许多生产虚拟设备的厂家和创业公司，大多数利用手机为载体，利用手机内置的重力感应对头部的旋转进行捕捉，同时利用3D眼镜实现手机屏幕上的3D效果。这样的设备大多只能跟踪到使用者头部的旋转。更高级的虚拟现实设备可以做到对使用者的手部或腿部动作进行局部捕捉并同步到虚拟世界，使人产生更真实的浸入感。目前，还在发展的一个种类是现实增强型，佩戴者可以戴着设备在现实世界随时移动，设备会根据现实世界的变化给出反馈。

虚拟现实的技术等级分类：

（1）简易型。只追踪头部的移动旋转。处于这个等级的设备有Oculus DK1、Oculus DKHD、Samsung GearVR、Goolge Cardboard、Mattel ViewMaster。

（2）基础型。局部的位置追踪和定位。处于这个等级的设备有Oculus DK2、Oculus Crescent Bay、Oculus Rift、Sony Murpheus v2。

（3）全身追踪型。可以在一个房间中追踪及定位使用者整体以及局部。处于这个等级的设备有HTC Vive、Survious、Sulon Cortex、Vicon/Emblematic。

（4）现实增强型。虚拟世界以现实世界为基础，佩戴后可在现实世界随处移动的虚拟设备。处于这个等级的设备有Microsoft HoloLens和MagicLeap。

目前，虚拟现实技术仍然处于起步阶段，与现实的可比拟度相当低，只能算是部分模拟现实。最主要的方向集中在角度转换与动作捕捉上，但是要真正实现虚拟现实，需要做到触觉、嗅觉的传递与思想的捕捉。如果这些信息的传递与捕捉能达成，就意味着人类文明将进入一个崭新的时代。