虚拟，最真实

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2016年被称为虚拟现实（Virtual Reality，VR）元年，以HTC Vive与Oculus Rift为代表的众多消费者级VR设备的出现，让VR进入千家万户指日可待。

当虚拟融入现实

什么是现实？什么是虚幻？

在经典科幻电影《黑客帝国》（The Matrix）中，几乎所有人都生活在一个由人工智能（Artificial Intelligence，AI）支配的世界中。在这个世界中，名为“Matrix”的智能母体通过向大脑直接传输数据，给人们带来视觉、听觉、触觉、味觉等各种感官体验。人类生活在计算机程序设定的故事情节中，却感觉无比真实。

这部1999年上映的电影与其他经典的科幻电影一样，有着深刻的预言意味。在影片中，导演沃卓斯基兄弟（the Wachowski brothers）描述了一种可能：我们感知到的现实是大脑接收、加工与综合各种感官刺激的结果，只要能向大脑提供逼真的感官刺激，便可以创造真实。这就是如今我们所说的VR背后的基本原理。

苏泽兰的VR设想

早在1965年，“计算机图形学之父”苏泽兰（Ivan Sutherland）就提出了VR的设想，他也因此被认为是“VR之父”（之一）。他发表了《终极显示》（The Ultimate Display）一文，描述了自己对VR的设想：“它可以显示一个房间，电脑可以控制房间中一切东西的存在，房间中的椅子逼真到似乎可以坐上去，显示出的手铐简直可以铐人，子弹好像能置人于死地。只要用适当的程序，就可能创造出文学作品《爱丽丝漫游仙境》中的奇境。”

仅仅3年后，苏泽兰和他的学生就把设想初步变为了现实。他们开发了世界上第一款头戴式显示器（head-mounted display，HMD）。这款被称为“达摩克利斯之剑”的设备如今看起来十分笨重，却证实了对VR而言最重要的一种感觉虚拟——视觉虚拟——是可行的。视觉之所以重要，是因为人类接收到的外部信息80%以上源于视觉。心理学巨擘史蒂夫·平克（Steven Pink）在其名著《心智探奇》（How the Mind Works）中将视觉感知描述为心智的四大能力之一。半个世纪后的今天，头戴式显示器仍然是沉浸式VR技术最重要的组成部分。视觉模拟的逼真程度是影响VR真实感的主要决定因素。

VR设备与软件的发展

潜在的巨大应用市场推动了VR技术的迅猛发展。随着硬件成本的降低，VR设备开始从高端实验室走入寻常百姓家，消费级VR设备开始进入普通大众的视野。例如，索尼公司的虚拟现实头盔（Play Station VR）自2016年10月起正式开售，截至2017年6月，销量已经突破百万台。截至2016年年底，另外两大主流VR厂商推出的HTC Vive和Oculus Rift也分别售出42万台和24.3万台（数据源自Super Data）。同时，用于移动端的虚拟现实头戴式显示器（Gear VR）的销量更是突破了500万台。虽然这些VR设备的价格已降至3 000元人民币左右，但仍需要价格过万元的计算机（主要是需具备高性能显卡）的支持。

VR硬件发展一片光明，VR应用软件却处于迷茫与困惑之中。在2016年的上半年，VR充分吸引了人们的眼球，但由于没有期望中的“杀手级”应用出现，2016年下半年，整个VR市场一度进入寒冬期。2017年第一季度，投资者对VR的投资有所回暖。可是关键的问题在于，究竟应该设计开发怎样的VR应用才能引爆市场？在回答这个问题前，开发者需要了解VR这种新媒介与广播、电视、手机等传统媒介的最大不同之处。我们认为，答案就是，VR给用户提供了超强的沉浸感与临境感。

使VR更逼真的影响因素

临境感强调VR使用者的主观感受——在多大程度上，VR用户感觉自己身处VR环境之中，而不是肉体所处的物理环境。已有研究者总结了影响临境感的主要因素：

（1）硬件设备的指标。例如，显示图像的刷新率和用户报告的临境感强度具有正相关，能够产生临境感的最小刷新率为15赫兹。又如，用户头部移动追踪设备的检测延迟也与临境感密切相关，移动追踪的延迟越小，临境感越强。

（2）阴影。现实世界中总是充满光影，阴影是影响用户视觉真实性感受的重要因素之一。有研究指出，在虚拟场景中使用动态移动的阴影要比使用静态阴影或者没有阴影更能引发强烈的临境感。

（3）声音。声音对临境感有很大的影响。有研究表明，与没有特定方位的声音或没有声音相比，有特定方位的声音会增强用户的临境感。另外，在虚拟场景中，与视觉信息同步的声音可以提高用户的自我运动感，而这种自我运动感的提高也有助于增强临境感。

（4）触觉反馈。触觉反馈对增强临境感的作用非常明显。以使用虚拟坑的实验为例，当现实中真实的木质地板与虚拟坑周围的虚拟木质地板相匹配时，靠近虚拟坑的用户能得到真实木质地板的触觉反馈，从而获得更强的临境感。现在许多企业与研究机构非常重视触觉模拟的研发，也正是看到了触觉模拟对于增强临境感的重要性。

（5）虚拟化身。所谓虚拟化身是指用户自己在VR中的身体形象。常用的虚拟化身有完整的3D人体模型，或者是部分身体（如手部）的3D模型。研究显示，在VR中拥有虚拟化身的用户，要比在VR中没有虚拟化身的用户拥有更强的临境感。

（6）本体运动反馈。由于现在的头戴式显示器基本都有数据线与计算机相连，并且监控头戴式显示器位置和朝向的传感器只能支持一定距离（通常是数米）内的追踪，所以用户在VR环境中无法大范围地行走，否则不是扯到数据线就是撞到墙。因此，目前在VR中的移动通常通过操作输入设备（比如和VR头盔配套的控制手柄）来实现。有研究显示，让用户通过真实行走来控制其在VR中的移动，可以增强用户的临境感，而且可行走的范围越大，临境感就越强。

大家可能会猜测，临境感尤其应该与VR提供的视觉模拟的真实程度相关。令人惊讶的是，到目前为止，除了前面提到的阴影对临境感的增强有帮助外，并没有研究表明高度真实的3D效果会比低仿真的3D效果带来更强的临境感。对开发者来说，这其实是一件好事，因为这意味着在视觉内容上，我们可以用更具想象力的方式来设计，而不需要完美地重构现实世界。临境感是VR体验的核心。事实上，临境感正是通过影响用户的VR体验，对VR应用产品的效果产生至关重要的影响的。临境感越强，用户就越感觉自己身处VR世界。因此，要设计一款优秀的VR产品，想方设法增强临境感是重中之重。

VR对人和社会的影响

早在2011年，美国斯坦福大学的杰里米·拜伦森（Jeremy Bailenson）和加利福尼亚大学圣芭芭拉分校的吉姆·布拉斯科维奇（Jim Blascovich）所著的《虚拟现实：从阿凡达到永生》（Infinite Reality:Avatars, Eternal Life, New Worlds, and the Dawn of the Virtual Revolution）第一次系统地结合VR与心理学，为读者描绘了种种与VR息息相关的未来图景。在此基础之上，我们提出了一个更深远、更具体的问题：VR对人有什么影响，继而对人类社会有什么影响？VR技术的特色与优势都是通过它的使用者——人——来实现的。因此，要想真正发挥VR技术的潜能，就必须了解VR与人以及人类社会的关系。自20世纪90年代开始，学术界已积累了不少关于VR对人的影响的研究。大量研究显示，VR技术对人的影响涉及方方面面：从人对内部自我和外部世界的认知到身心健康，再到社会交往与教育。

VR对人的这些影响源自不同的原因。有的影响源自VR世界与真实世界的差别，比如VR中的迷航现象是因为人在VR中进行空间巡航时所采用的感官信息与在现实生活中采用的信息不同；有的影响源自VR的高临境感，比如VR镇痛正是利用了VR的临境感让患者忽略真实世界中的疼痛；有的影响源自VR可以将想象的内容变得逼真，用近乎真实的“经历”改变人的想法，比如海神效应就是通过让人体验前所未有的身份而改变认知。当然，还有一些影响背后的成因仍需要研究者的进一步探索和确认，比如VR晕动症、空间压缩效应等。

一方面，随着VR技术仿真度的不断提升，目前已知的VR会对人产生的影响还会发生新的变化，可能是正面的变化，也可能是负面的变化。比如，随着VR技术的发展，通过VR进行社交的用户体验到的社交临境感将越来越强，身处两地的用户能够真正面对面地交流。但是，高度逼真也会加剧虚拟世界中暴力行为对人的刺激，受刺激的用户可能会在现实中做出攻击行为。这警示我们，在发展技术的同时，必须预先考虑如何控制技术发展带来的负面影响。

另一方面，开发者可以利用VR的种种特性，比如高临境感、第一人称体验、信息实体化等来设计造福人类的产品。VR教育应用就是一类非常有希望带来革命性影响的应用，当这样的应用成熟后，人类将前所未有地在有限的生命时光里获得无穷的知识与体验。但是，该如何使用VR去设计相关的应用，从而发挥最大的效果，仍需要相关研究者和从业人员不断地寻找答案。