- VR虚拟现实与AR增强现实的技术原理与商业应用
- 苏凯 赵苏砚
- 14170字
- 2020-06-26 11:05:42
1.1 欢迎来到虚拟现实和增强现实的世界
2016年的高考语文试题,多个省市的作文题目都舍弃了屈原、孔子、居里夫人等传统作文素材,选择了贴近互联网和科技的话题。其中,浙江高考作文主题选取了时下的大热门——“虚拟与现实”,体现出很强的科技内涵。
浙江卷高考作文题
网上购物,视频聊天,线上娱乐,已成为当下很多人生活中不可或缺的一部分。
业内人士指出,不远的将来,我们只需在家里安装VR(虚拟现实)设备,便可以足不出户地穿梭于各个虚拟场景,时而在商店的衣帽间里试穿新衣,时而在诊室里与医生面对面交流,时而在足球场上观看比赛,时而化身为新闻事件的“现场目击者”……
当虚拟世界中的“虚拟”越来越成为现实世界中的“现实”时,是选择拥抱这个新世界,还是刻意远离,或者与它保持适当距离?对材料提出的问题,你有怎样的思考?写一篇不少于800字的论述类文章。
在以前,文理分科曾经比较严重。很多文科大学生毕业后都不太懂计算机,各单位都要专门招聘懂计算机的技术员。进入网络时代后,计算机科技跟老百姓的日常工作生活日益联系紧密。很多上了年纪的人,为了炒股,也学会了使用计算机。现在,很多老人也在用智能手机,玩微信了。
但是文理之间的沟壑仍然存在。很多媒体的记者在报道科技新闻时,由于缺乏相应的理科知识,不时出错,闹笑话。
现在的大学,也开始重视培养文科生的自然科学修养,会设置相关的理科选修课程,并制定一定的要求。那么,谁说高考作文题目只能讲人文,不能涉及科技?随着以前的科学幻想逐渐成为现实,我们的世界已经离不开科技。
既然浙江卷高考作文题的主题定为“虚拟与现实”,那么,要怎样作答,怎样去写好这一篇作文呢?需要注意到,作文题说的只是虚拟现实(VR),此外还有增强现实(AR)的存在。
虚拟现实和增强现实之间的区别是什么?虚拟现实和增强现实将给我们的世界带来什么改变?让我们先从文学艺术和电影艺术的科幻故事中感受一下吧。
1.1.1 科幻小说中的VR/AR
大量的科学发展历史证明,科幻是科技创新的源泉之一,能够激发发明创造。被誉为“科学幻想之父”的19世纪法国科幻小说大师凡尔纳,曾幻想过电视、直升机、潜水艇等,这些在20世纪都已变成了现实。潜水艇的发明者之一西蒙·莱克、无线电发明者之一马科尼等科学家,后来都承认自己受到过凡尔纳作品的启示。美国和欧洲的科技强盛,也与科幻小说的贡献密不可分,许多科学家在儿时迷恋科幻小说,因而在成年后把热爱投入到科技事业。
柏拉图的《理想国》的“洞穴之喻”
早在古希腊时代,著名哲学家柏拉图(约公元前427年—公元前347年)便在《理想国》里提出了哲学上著名的“洞穴之喻”。假设有一群囚徒自小被绑在一个洞穴里不能动弹,他们背对着洞口,身后有熊熊的火光,他们就只能看到洞穴后壁上由于火光映照而投影过来的影子。他们以为自己在洞穴内看到的是真实的世界,其实却是一个虚拟的世界,而洞穴外才是真实的世界。假如他们当中有人获释,他首先便会害怕洞穴外的强光,他会困惑、会痛苦,从而不敢走出洞穴。假如有人强行将他拉出洞穴,到阳光下的真实世界,他会更加头晕目眩,甚至会抗拒、会发火。起初他只能看到事物在水中的倒影,然后才能看清阳光中的事物,最后甚至能看到太阳本身。到那时,他才处于真正的解放状态,他会开始怜悯他的囚徒同伴、他的原来的信仰和生活。如果让他返回去拯救他的囚徒同伴,他得有一段时间去适应洞中的黑暗,并且会发现很难说服他的那些同伴去相信外面那个世界才是真实的,从而跟他走出洞穴(如图1-1所示)。
图1-1 柏拉图的《理想国》的“洞穴之喻”示意图
这也许就是关于虚拟现实最早的描述。这跟后来的科幻片《黑客帝国》系列所表达的概念很相像。
阿道司·赫胥黎的《美丽新世界》
英国作家阿道司·赫胥黎在1932年创作的长篇小说《美丽新世界》让他名留青史。《美丽新世界》(其封面如图1-2所示)是20世纪最经典的反乌托邦文学之一,与乔治·奥威尔的《1984》、扎米亚京的《我们》并称为“反乌托邦”三部曲,在国内外思想界影响深远。
这本书以26世纪的机械文明社会为背景,描写了在未来社会人们的生活场景,里面已经幻想到了这样一个头戴式的显示器,可以为观众提供图像、声音、气味等一系列的感官体验,以便让观众更好地沉浸在电影世界里。
图1-2 阿道司·赫胥黎的《美丽新世界》的宣传海报
斯坦利·威因鲍姆的《皮格马利翁的眼镜》
1935年,美国科幻小说家斯坦利·威因鲍姆发表了小说《皮格马利翁的眼镜》(如图1-3所示)。小说中提到一个名叫阿尔伯特·路德维奇的精灵族教授发明了一副眼镜,戴上这副眼镜后,就能进入到电影当中,“看到、听到、尝到、闻到和触到各种东西。你就在故事当中,能跟故事中的人物交流。你就是这个故事的主角”。
图1-3 斯坦利·威因鲍姆的《皮格马利翁的眼镜》
斯坦利·威因鲍姆的《皮格马利翁的眼镜》比阿道司·赫胥黎的《美丽新世界》更进了一步,《皮格马利翁的眼镜》小说中那位教授发明的眼镜更为准确地预言了今天的虚拟现实装置,能够提供更为美妙的“沉浸式体验”。
雷·道格拉斯·布莱伯利的《大草原》
到了1950年的时候,在美国科幻作家雷·道格拉斯·布莱伯利的小说《大草原》(The Veldt)(如图1-4所示)中便有了关于VR旅游的科学幻想。小说中描写了一座名叫“Happylife(幸福)”的房子,里面装满了各种各样的机器,能带给孩子仿佛置身于非洲大草原的感觉,也就是明天所说的“沉浸式体验”。
图1-4 雷·道格拉斯·布莱伯利的小说 《大草原》(The Veldt)
雨果的Teleyeglasses
也许你没听说过雨果·根斯巴克(Hugo Gemsback),但你一定听说过万众瞩目的“雨果奖”。我国刘慈欣的《三体》和郝景芳的《北京折叠》就先后因获得“雨果奖”而备受关注。
雨果·根斯巴克是工程师出身,为美国著名科幻杂志编辑。1884年他出生于卢森堡,1904年移居美国,1926年他创办了第一本真正的科幻杂志《惊奇故事》(Amazing Stories),成为开创科幻类型文学的先驱。为此,1960年匹兹堡科幻年会颁给他一份特别的科幻奖,并授予他“科幻杂志之父”的封号。年度科幻小说奖便以他的名字命名为“雨果奖”。
1963年,雨果·根斯巴克在《Life》杂志上发表了一篇文章,在文章中他探讨了他构思的一款头戴式电视观看设备——Teleyeglasses(如图1-5所示)。虽然和如今为我们所知的虚拟现实技术还相去甚远,但埋下了梦想的种子。
图1-5 雨果·根斯巴克的Teleyeglasses装置
弗诺·文奇的《真名实姓》
弗诺·文奇是美国著名的科幻小说家,作品量少而精,其作品《深渊上的火》《天渊》(《深渊上的火》前传)和《彩虹尽头》分别获得了1993年、2000年和2007年的世界科幻大奖“雨果奖”。
在他为数不多的作品中,1981年写的描写电脑黑客与掌控全世界信息资源的人工智能殊死搏杀的中篇小说《真名实姓》(如图1-6所示)占有着特殊的地位。小说描述了一个由计算机模拟的虚拟世界,黑客们以巫师的名义行走。作品发表时,互联网技术刚刚初露端倪,人们痴迷于小说中的超炫想象,却很难相信它们会在不久的将来梦想成真。《真名实姓》是最早地完整呈现电脑计算空间中的有血有肉的形象化的概念“fleshed-out”的,作者也在2007年被授予普罗米修斯名人堂奖。很多时候人们将开创科幻小说赛博朋克(Cyberpunk)流派的荣誉归到威廉·吉布森的名下,但实际上文奇的《真名实姓》比吉布森赖以成名的《神经漫游者》早了整整三年。文奇至今仍是美国最优秀的赛博朋克作家之一。
图1-6 弗诺·文奇的《真名实姓》
《真名实姓》这部小说在2003年登陆中国,随即掀起弗诺·文奇热潮,并于2007年收录在经典科幻中篇小说集《真名实姓》中。
威廉·吉布森的《神经漫游者》
美国著名的科幻作家威廉·吉布森,1948年生于美国,后移民加拿大。跨国资本主义对世界的渗透日益加剧和后现代科技文化的态势不断增强,引起了他的关注,也渐渐成为他科幻创作的社会背景。
1984年,他于不列颠哥伦比亚大学攻读英国文学学位时完成的处女作《神经漫游者》,一经推出便引发轰动,同时获得“雨果奖”(Hugo Award)、“星云奖”(Nebula Award)与“菲利普·狄克奖”(Philip K. Dick Award)三大科幻小说大奖,此纪录至今无人能破。
《神经漫游者》是威廉·吉布森的代表作(如图1-7所示),威廉·吉布森在书中创造了一个赛博空间(Cyberspace),将它描述为一种“同感幻觉”,后来他解释说,“媒体不断融合并最终淹没人类的一个阈值点。赛博空间意味着把日常生活排斥在外的一种极端的延伸状况。有了这样一个我所描述的赛博空间,你可以从理论上完全把自己包裹在媒体中,可以不必再去关心周围实际上在发生着什么。”
图1-7 威廉·吉布森的《神经漫游者》
赛博空间(Cyberspace)是哲学和计算机领域中的一个抽象概念,是指在计算机以及计算机网络里的虚拟现实。赛博空间一词是由美国数学家诺伯特·维纳(Norbert Wiener)在1948年所造的新词控制论(cybernetics)和空间(space)两个词组合而成,在威廉·吉布森在1982年发表于《OMNI》杂志的短篇小说《融化的铬合金》(Burning Chrome)中首次被创造出来,并在后来的《神经漫游者》中进一步普及。赛博朋克(Cyberpunk)流派的小说,故事背景就设定在一个赛博空间中,计算机、人工智能控制着世界,有着强烈的反乌托邦色彩。
赛博朋克(Cyberpunk)一词是由控制论(cybernetics)和朋克(punk)两个词组合而成。朋克,是一种音乐流派,歌曲和弦只用最简单的三和弦构成,更加倾向于思想解放和反主流的尖锐立场,作风大胆,完全在发泄着心中一腔的愤恨,控诉着对社会的不满和对前途的迷茫。我国香港地区的歌手许冠杰的那一首《半斤八两》便是受了朋克文化的影响,唱尽打工仔的心态,广受共鸣。朋克也演变成为一种行为艺术,在时装设计方面比较反叛,我国香港地区的明星梅艳芳那时的一身打扮便是此潮流的写照。朋克文化,就是一种反乌托邦文化。
尼尔·斯蒂芬森的《雪崩》
尼尔·斯蒂芬森,美国的另一位科幻作家,在1992年发表了奠定他赛博朋克宗师地位的大作《雪崩》(如图1-8所示)。“雪崩”,乃是一种病毒,该病毒不仅可以在未来世界的网络上传播,还能在现实生活中扩散,造成系统崩溃和头脑失灵,主人公所面对的正是这一恐怖危机。
《雪崩》的伟大之处在于,它所创造的“虚拟实境(Metaverse)”这一概念,并非是以往想象中扁平的互联网,而是和社会高度联系的三维数字空间,与现实世界平行。在现实世界中地理位置彼此隔绝的人们可以通过各自的“化身”来互相交流娱乐——事实上,在如今的网络游戏和虚拟人生等软件中,他的预言也已得到了部分实现。此外,《雪崩》还融合发展了他在之前的两部小说——《大学》和《佐迪亚克》中展现的科技惊险和黑色幽默的写法,采用古代闪米特的传说为大背景,给赛博朋克流派小说注入了活力。在当时,这本小说也是造成了大轰动,引发了赛博朋克流派小说的阅读与创作热潮。
图1-8 尼尔·斯蒂芬森的《雪崩》
弗诺·文奇的《彩虹尽头》
《彩虹尽头》(如图1-9所示)是弗诺·文奇于2007年再次夺得“雨果奖”的科幻小说作品,关于这位作者前面已有介绍。
在这部小说中,弗诺·文奇又一次展现了惊人的前瞻性,他总能抢在其他人之前发现新技术对人类生活的复杂影响。在《真名实姓》中是赛博空间,在《彩虹尽头》中则是无数资源互联所产生的超人智能。
弗诺·文奇作品的出色,是在故事情节之外,对未来科技的预见。《彩虹尽头》这本书,新点子层出不穷。小说主角通过穿戴智能外衣和特殊的隐形眼镜,能够利用虚拟视网膜显示技术看到除真实场景外的计算机图表等附加信息,拥有和虚拟形象互动的能力,在虚拟和现实交叉的世界里游刃有余。这说得不就是增强现实(AR)技术吗?
图1-9 弗诺·文奇的《彩虹尽头》
虽然如今我们再回过头来看以前的科幻小说,可能会觉得书中的那些科学幻想对现在的世界而言已经不够震撼,但这不正好验证了科幻小说作家预言的准确性吗,这也正是他们作品引以为傲的魅力。
恩斯特·克莱恩的《玩家一号》
美国科幻作家恩斯特·克莱恩的小说《玩家一号》(如图1-10所示)于2011年出版,根据小说改编的同名电影将于2017年上映。
故事发生在未来世界,能源危机爆发,世界秩序受到猛烈冲击,社会贫富分化严重,而那时的虚拟现实技术与网络游戏得到了完美的结合,虚拟世界“绿洲”成为了人类的第二家园,是人们借以避世的精神港湾。“绿洲”创始人在去世时留下了遗嘱,任何人如果在游戏世界中破解了预先设置好的彩蛋就能得到“绿洲”世界的控制权。
笔者在这里不得不说明一下,这看上去很高格调的世界观设定,其实只是流行快餐。小说虽然被贴上了赛博朋克和反乌托邦的标签,但实际上是怎么一回事呢?这么说大家肯定容易明白:“绿洲”本来是一款“公益性”的网游,穷人也可以畅玩,但如果被“黑心”的商业游戏公司拿到了代理权进行运营,就会要求玩家充值成为会员才能享受各种特权,以各种借口卖各种收费道具,令没钱充值的穷人再也玩不爽了。故事中的主角就是一个穷人,他肯定不愿让“黑心”的公司拿到“绿洲”的控制权。
情节部分就是探险寻宝加罗曼蒂克;解谜部分,游戏的彩蛋就隐藏在20世纪80年代的流行文化当中,也就是故事主角得耗费时间弄清“绿洲”创始人(即小说作者)的审美口味;爱情部分,现在还有什么商业娱乐片不带爱情元素的吗?
这部小说,可谓一股浓浓的网络小说味扑面而来。当然,作者也设计了一些提升格调的东西,那些东西就留给大家去细细品味,在这里不多剧透了。
图1-10 恩斯特·克莱恩的小说《玩家一号》
同名好莱坞电影即将上映,作为娱乐大片,就算大家已被剧透,也是值得一看的。该电影的导演是大名鼎鼎的史蒂文·斯皮尔伯格,曾执导《夺宝奇兵》系列电影,相信制作效果也不会很差。
《玩家一号》小说的出现,也意味着虚拟现实技术渐渐为大众所知。也可以看到,国内不少小说也出现了类似的情节,玩家之间为争夺游戏世界的控制权而战斗。
1.1.2 科幻片中的VR/AR
根据VRscout网站的报道,从零重力室到有机游戏主机,在过去的几十年中,好莱坞科幻片一直都在设想虚拟现实和增强现实应用的最大和最好的方式。在创作者的设想中,虚拟现实技术可以作为心理分析、人类提升、执法训练和更多其他可能性的最新方法。一般来说,这些设想都是基于现实世界取得的科技发展,在此,我们回顾一下那些科幻电影,看看那些影片是以何种独特的方式来表现虚拟现实和增强现实的神奇科技魔力的。那些科幻电影作为人类思想的先驱,其所描述的,与现今VR行业的发展有着惊人的相似,那些技术包括头戴式显示器、运动追踪、手套或衣服里的触觉系统、移动、游戏主机或图像捕捉等。
电子世界争霸战 Tron(1982年)
作为探索人机交互结合的早期电影之一《电子世界争霸战》(Tron)(如图1-11所示),因其卓越的图像界面而闻名。影片主角黑客凯文在得知自己的前雇主们窃取了他的视频游戏设计后,不得不黑入雇主的系统证明这个游戏是他的作品。他偷偷潜入他们的办公室,却意外地进入了网络空间。他发现主脑操控程序正在创造一个虚拟的世界,而在这个世界与现实世界一样让人感到悲哀。凯文唯一的希望就是找到“Tron”,那是一个独立的安全系统程序,可以帮助他毁掉主脑操控程序,让虚拟世界和现实世界都恢复秩序。
图1-11 《电子世界争霸战》(Tron)(1982年)
●完全沉浸式
凯文·弗林被激光数字化,从而完全上传至网络空间。
2010年,《电子世界争霸战》(Tron)的续集《创:战纪》(Tron:Legacy)(如图1-12所示)上映。前作的主角凯文离奇失踪,多年之后他的儿子萨姆进入父亲封闭多年的办公室寻找父亲失踪的真相。萨姆找到了父亲工作的密室和计算机,在一系列键盘操作之后他神奇地被数字化,进入了父亲创造的电子网络游戏世界。在这里萨姆被当作程序被迫参加了一场场惊心动魄、生死一线的游戏大战,同时,他还惊异地发现父亲在电子网络游戏世界创造的一个替身克鲁居然想置他于死地。原来他的父亲在开发这个足以改变人类世界的电子网络游戏世界的过程中,他的父亲的替身竟然背叛了他的父亲,这个替身企图控制整个电子网络游戏世界,更妄想从电子世界关口进入并控制人类现实世界。萨姆父子俩和他的父亲的助手为了回家,为了阻止替身克鲁将要带给人类的灾难,一起联手在到处危机的电子网络游戏世界里展开了一段生死大历险。
图1-12 《创:战纪》(Tron:Legacy)截图
头脑风暴Brainstorm(1983年)
电影《头脑风暴》(Brainstorm)讲述的是两位颇有才华的研究人员迈克和利连发明了一个可以记录并重放人的现实经历的系统。人们可以进入其他人的大脑里,并且可以重放他的思维、情感以及所经历的一切。但在实验的过程中,这个系统的运行失去了控制。迈克的妻子凯伦也在这个项目组工作,迈克试图用这个程序去重新接近妻子;而同时,其他人则为了寻求更刺激的性经历等不正当的目的滥用这个程序。这时,这项技术在军事上的巨大的潜在价值被发现了,政府试图把迈克和利连赶出这个项目组。显然,政府的兴趣远远大于导弹导航系统,实验室开始研发折磨人类精神的程序。其中的一个研究人员死了,且他的死亡经历被录制下来,迈克确信他必须重放这盘带子用以纪念研究人员并认为会因此得到启发。而在重放时,另一个研究人员也死了,因此这盘带子被锁了起来。迈克必须和自己以前的同事们作斗争,政府为了对抗“我们每个人都会经历的最恐怖的东西”,让他重新进行他的实验……
●头戴式显示器(片头)
模型原型似乎是一个没有面具的橄榄球头盔,环绕着一圈传感器和电路。整个系统还包含另一个作为接收模型的头盔(如图1-13所示)。
图1-13 《头脑风暴》(Brainstorm)(1983年)
●头戴式显示器(片尾)
那款消费者模型看上去类似意念控制器(一家神经科技公司曾经推出的神经头盔,是附有电极的特殊帽子,使用者戴上之后,只需起心动念便可以操控眼前的计算机,透过意志和情感控制电玩游戏角色的动作)的头冠(如图1-14所示)。它能够收集佩戴者的所有感官信息,记录到磁带里,然后转播给另一名佩戴者,转移技能、记忆和感知。
图1-14 意念控制器的头冠
割草者The Lawnmower Man(1992年)
电影《割草者》(The Lawnmower Man)(其截图如图1-15所示)讲述的是,千年之交时,一种名为“虚拟现实”的技术得到广泛应用,能使人进入一个由计算机创造出来的如同想象力般无限丰富的虚拟世界,而这种技术也可能会被一些人利用,成为一种控制人类思想的新方法。
图1-15 电影《割草者》(The Lawnmower Man)的截图
在美国的一间“虚拟空间工厂”里,安吉罗·拉瑞博士正在致力于研究一项能够迅速提高人类智商的“5号计划”。试验已经证明,猩猩在虚拟空间的刺激下,智商已经明显提高。可“虚拟空间工厂”的负责人蒂姆斯受到幕后投资人的指使,一直鼓动安吉罗博士通过这种方法对猩猩的控制原始暴力的中枢神经进行刺激,以此来提高它们的攻击性,最终制造出比武器更厉害的东西。安吉罗坚决地拒绝了那些人的痴心妄想,于是投资人拒绝继续投资,安吉罗也因此遭遇了停职的困境。
安吉罗不愿放弃“虚拟空间”项目的研究,但却没有研究对象,一个偶然的机会,除草人乔布出现在了他的面前。乔布患有先天性的智力缺陷,从小就被神父收养的他受尽了周围的人的白眼和欺侮,只有邻居家的小孩愿意跟他交朋友。但乔布天生乐观善良,安吉罗决定让乔布参与试验。
试验和训练进行了仅仅一个月,乔布的智商就增长了4倍,这一惊人的结果令安吉罗充满了信心,但与此同时问题也出现了,家里的研究设备已经无法满足接下来的研究需要,安吉罗只好求助于蒂姆斯,希望能偷偷借用“虚拟空间工厂”的中心实验室继续对乔布的实验。蒂姆斯一方面爽快答应,另一方面却向幕后投资人告了密。随着研究的深入,安吉罗发现乔布在提高智商的同时,也显露出了一些超出他预想的迹象,如暴力倾向,于是他果断地中止了实验。安吉罗经过调查发现,乔布目前正在注射的药物并不是他之前配制的,而是一种直接刺激人的暴力中枢神经的药物,原来是蒂姆斯暗中调换了药物。
安吉罗此时才意识到自己可能害了乔布,他努力说服乔布停止进入虚拟空间。但乔布已经失去了理智,他的智商甚至已经超越了安吉罗,可以自行进行实验。更令安吉罗始料不及的是,乔布正企图利用虚拟空间来获得控制整个世界的力量。紧要关头,安吉罗将炸弹安放在了中心实验室,想以此来阻止乔布进入虚拟空间。不甘失败的乔布拒绝离开实验室,在爆炸声中,实验室瞬间成了一片废墟。
●头戴式显示器
类似现在的消费者头盔,能够传递视场和运动。
●紧身衣
穿在身上的紧身衣可以追踪手臂和腿部的运动,以及通过触感科技传递触感。
●移动
利用名为“aerotrim”的如人体大小的陀螺仪,安吉罗博士和乔布能够在虚拟空间里到处移动探索。
虚拟实境死亡游戏Arcade(1993年)
《虚拟实境死亡游戏》的英文名“Arcade”,现在一般译作“街机”,其封面如图1-16所示。
图1-16 《虚拟实境死亡游戏》封面
一家名叫“但丁的地狱”的地方游乐中心,新安装了一款名叫“街机”的虚拟现实游戏,亚历克斯·曼宁和她的朋友们在试玩这款游戏后立即被吸引。一旦进入游戏,同样名为“街机”的反派会挑战玩家,并随着游戏的进行不断学习进化。然而,主角不知道的是,任何失败的玩家都将被关在游戏里,并从现实世界里消失。主角和剩余的朋友需要努力找到方法去逆转游戏的这种效应。
这个故事现在看来虽然可能感觉比较老土,但你要知道,这部电影推出的时间可是1993年,也就是街机刚开始流行的时候,在当时也算是很新潮的了。
●街机
类似于日本现在研制的VR街机的虚拟现实装置,影片中街机厅的玩家会坐到一个类似快照亭的游戏舱里。这个游戏舱会展示视觉输出,还有一套触感手套用来追踪触感。
●头戴式显示器
类似于现在的VR三大巨头(Oculus、 HTC和索尼)的VR头戴式显示器,影片中街机厅的头戴式显示器也拥有带有眼洞的滑雪护目镜。
●触感手套
跟现在所提的虚拟现实技术的触感手套也很相像,集成了手部追踪和触感技术。
六度战栗 Brainscan(1994年)
《六度战栗》(Brainscan)被称为交互式电影,改编自科幻小说《死亡游戏》。《家用电脑与游戏机》杂志曾刊登过它,在读者中引起了很大反响。电影《大度战栗》(Brainscan)的海报如图1-17所示。
图1-17 《六度战栗》(Brainscan)的海报
主角迈可通过一张光碟,参加了一场刺激的游戏。但第二天醒来,他却发现游戏中的一幕如实上演了。后来第二张CD又寄来了,他决定结束这场荒谬的游戏,但主谋者从迈可的计算机中走了出来,并一再威胁迈可玩下去,也挑唆他面对恐惧和幻象,迈可就像受催眠一般无处可逃,主谋者已经完全控制了他,使他分不清什么是真什么是假……
●完全沉浸式
这款诱发催眠的视频游戏“Brainscan”干预了玩家的潜意识,令玩家的潜意识屈服于游戏的意识。一旦被控制,所有玩家都相信自己只是在玩游戏,而事实上这一切都在真实世界上演。这也是虚拟现实面临的一大问题,后文中有专门谈及。
黑客Hackers(1995年)
《黑客》这部电影的剧情中规中矩,亮点在于电影的写实性和电影中的计算机黑客。电影截图如图1-18所示。
图1-18 《黑客》(Hackers)截图
主角达德·墨菲是一名天才黑客,11岁时,他因小小的恶作剧差点使股市崩盘,因此被剥夺了使用网络的权利。而如今,已经成年的达德终于重新获得了这一权利,他跃跃欲试,准备在网络上重新大展拳脚。他转学后加入了一个黑客组织,凯特·利比和乔伊跟他一样都是黑客,他们因为趣味相投而走到了一起并成为了好友。
普拉格曾经是一名技术高超的黑客,如今的他成为了一家大公司的系统安全专家。但普拉格背地里却和恶势力勾结,谋取公司账户里的巨额财产,此外,他还发明了一种能令全球网络陷入瘫痪的可怕病毒。一次偶然,达德等人发现了普拉格的罪恶和阴谋,他们决定利用自己的力量阻止普拉格。
影片非常细致地展现了许多关于那个年代的黑客的技术细节和程序员的日常生活片断。
●头戴式显示器
在试图黑入吉普森的计算机时,主角达德佩戴了一款类似谷歌眼镜的头戴式显示器。
●消费性虚拟现实
结合运用头戴式显示器、黑客追踪器和全向跑步机,普拉格使用他的虚拟机在虚拟空间中移动。
非常特务 Johnny Mnemonic(1995年)
电影《非常特务》(Johnny Mnemonic)讲述的是,公元2021年,资料除了可以通过计算机输送外,还可以通过人脑运输。专业运输员强尼为了运送更多的资料,不惜洗去自己的记忆。一次任务中,强尼被客户输入了过量的资料,若他不在20小时内找到输出密码,他便会死亡。另外,其他国家的集团也为了夺取他脑内的资料,对他展开了一场大追杀。
●头戴式显示器
强尼戴着一款从前额覆盖到鼻子的弧形头盔。
●手部运动追踪
虽然没有键盘和鼠标,但强尼戴上外骨骼手套后,手套就会提供所有的手指和手部所需的运动,尽管其并不会提供任何的触感反馈(如图1-19所示)。
图1-19 《非常特务》(Johnny Mnemonic)截图
时空悍将 Virtuosity(1995年)
20世纪90年代中期,涌现了许多探讨虚拟世界以及其引发的社会问题的作品,电影《时空悍将》(Virtuosity)即为其中最有想象力的代表之一。其电影截图如图1-20所示。
1999年,在洛杉矶,政府执法技术中心开发出一款用于训练警探的模拟机原型。这种模拟机装载有最先进的人工智能技术,使用者需追捕计算机生成的终极罪犯席德6.7,以锻炼他们的侦探技巧。但是,这个复杂的“猫捉老鼠”系统产生一个致命的后果:狡猾的席德6.7摆脱束缚离开了虚拟空间,进入现实世界作恶。前警察巴恩斯被认为是最有机会制服席德6.7的人。在犯罪行为专家卡特的帮助下,巴恩斯穿梭于现实世界和虚拟世界,要在新千年之前抓住席德6.7。同时,巴恩斯在席德6.7身上发现了杀害他的妻子和女儿的变态罪犯的影子。这场猎人的游戏变得更加复杂。
●移动/身体追踪
像在游乐园中的那样,任何接受训练的警员都头戴头盔被固定在倒置的过山车椅上(如图1-21所示)。
图1-20 《时空悍将》(Virtuosity)截图
●头戴式显示器
直接结合仿真手臂,这个巨大的半球形头盔丝毫不会妨碍用户。沉浸在仿真世界的时候,用户通过神经连接具有完整的感官融合。
末世纪暴潮Strange Days(1995年)
电影《末世纪暴潮》(Strange Days)(其截图如图1-21所示)讲述的是,世纪之交的洛杉矶,即将有大灾难来临。那时有一种虚拟现实装置SQUID (Superconducting Quantum Interference Device,超导量子干涉器件),能把人们看到、听到、感受到的信息用磁碟记录下来,其他人使用一个类似当时流行的Sony MiniDisc的轻便装置就可以随时进入这段体验。影片中的主角伦尼,是一名洛杉矶的退休警察,靠私下出售别人的记忆片段为生。这本是一种FBI的技术,却非法流入了黑市。伦尼掌握了很多犯罪和死亡的录音,随着潜在的混乱逐渐出现,他必须恢复这个世界的秩序。
图1-21 《末世纪暴潮》(Strange Days)截图
影片中有很多人沉迷于体验记忆片段,分不清现实与记忆,就是伦尼也整日沉浸在对女友的回忆中无法自拔,就跟后来的科幻片《盗梦空间》一样。这个存在于虚拟现实的大问题,后文会有专门讲解。
这部科幻动作片的创意来自大名鼎鼎的詹姆斯·卡梅伦,由他和杰伊·科克斯编写剧本,他们希望能创造出真实可信的人物,让观众能与其同呼吸共命运,同时也关注我们在世纪末共同面对的问题。詹姆斯·卡梅伦是一位著名导演,作品有《终结者》《异形2》《终结者2:审判日》《真实的谎言》《泰坦尼克号》《阿凡达》等。而执导本片的却是他的前妻凯瑟琳·毕格罗,也是一位非常有才华的导演。
为了表现出通过SQUID设备体验他人记忆的真实感,影片中大量使用了第一人称视角(POV)镜头。
●头戴式显示器
另一款类似Epoc Emotiv的头冠(前文中有提到),这款头盔能记录佩戴者的感官信息和所经历的事情,而且其他人也可以随时观看。
感官游戏 eXistenZ(1999年)
电影《感官游戏》(eXistenZ)讲述的是一个发生在相当混乱的时空的相当混乱的故事。使用的类似后来的《黑客帝国》脑后插管一般的科技,使影片中的角色能进入虚拟空间,玩着如梦一般的虚拟现实游戏。另外还有着多层空间的设定,要比《盗梦空间》早。你以为你在玩游戏,其实也许你已经在游戏空间中了……
●控制器
看上去像是Xbox手柄和橡皮泥的完美混合,相当得恶心。但这还不够,还有更重口味的。如图1-22所示的类似《黑客帝国》中的湿件(计算机专家用语,指软件、硬件以外的“件”,即人脑)技术,连线系统插入了人体脊椎里的生物港(bioport)里,为用户创造了完整的感官和运动追踪体验,具体表现比《黑客帝国》中的更令人反胃。
图1-22 《感官游戏》(eXistenZ)截图
异次元骇客 TheThirteenth Floor(1999年)
电影《异次元骇客》(The Thirteenth Floor)讲述的是,在一幢大楼的13层,科学家道格·霍尔和汉农·富勒将虚拟现实技术发挥到了极致,他们在计算机上模拟出了20世纪30年代的洛杉矶,他们可以进入那个虚拟世界生活。但是随着一个夜里富勒被神秘谋杀,霍尔开始追查真相,他渐渐感觉到,自己原来所生活的这个年代的世界好像也是别人模拟出来的……
●完全沉浸式
为了穿越到1937年的世界,富勒和其他人倾斜着躺进一个像是医院里做核磁共振的检测舱一般的机舱里,激光阵列连续从头到尾地扫描,从而建立完整的神经连接。其电影截图如图1-23所示。
图1-23 《异次元骇客》(The Thirteenth Floor)截图
●头戴式显示器
这个头戴式显示器用于神经数据的传输。
黑客帝国三部曲 The Matrix Trilogy(1999~2003年)
《黑客帝国》三部曲是虚拟现实科幻片经典中的经典,在这个反乌托邦的未来,整个世界是由机器来控制。这一电影系列正是关于虚拟现实的电影中最广为人知的作品。其经典画面如图1-24所示。
图1-24 《黑客帝国》经典画面
片名的“Matrix”(即“矩阵”),是一套复杂的模拟系统程序,它是由具有人工智能的机器建立的,模拟了人类以前的世界,用以控制人类。在Matrix中出现的人物,都可以看作是具有人类意识特征的程序,一共分为三类。一类是附着在生物载体上的,就是在矩阵中生活的普通人;一类是附着在计算机芯片上的,就是具有人工智能的机器,这些载体通过硬件与Matrix连接;还有一类则是自由程序,它没有载体,诸如特工、先知等。
在Matrix中生活的一名年轻的网络黑客尼奥,他发现看似正常的现实世界实际上似乎被某种力量控制着,他在网络上调查此事。而在现实中生活的人类反抗组织的船长莫菲斯,也一直在Matrix中寻找传说的救世主。尼奥在人类反抗组织成员崔妮蒂的指引下,跟莫菲斯见面了,然后尼奥得以回到真正的现实中,逃离了Matrix,他这才了解到,原来自己一直活在虚拟世界当中,真正的历史其实是……
●完全沉浸式
人类的身体被放在一个盛满营养液的器皿中,身上插满了各种插头以接受电脑系统的感官刺激信号。人类就依靠这些信号,生活在一个完全虚拟的电脑幻景中。入侵脑细胞The Cell(2000年)
电影《入侵脑细胞》(The Cell)讲述的是卡尔·斯塔格在一处废弃的农场修建了一所玻璃密室,用来做某种坏事。联邦调查局找到斯塔格时发现他已经昏迷在自己家里,还发现有一个女孩还活着,但只有斯塔格知道她在哪里。为了挽救这个女孩,一位潜心于一项突破性研究计划的儿童临床医学家凯瑟琳·迪恩,受命利用最新的虚拟现实技术,进入到昏迷的斯塔格的大脑当中,这无疑是一次充满奇异、未知和危险的旅程。和她一起行动的还有一位FBI探员皮特·诺瓦克,他们携手与时间赛跑,揭开层层线索,去查找那个女孩的下落。不幸的是,事情并没有像预期那样的顺利,凯瑟琳·迪恩发现她被困在了斯塔格的思维世界里……
●头戴式显示器
迪恩和诺瓦克在电缆上悬浮着,利用化学药物和非传统的头戴式显示器实现感官沉浸。电影截图如图1-25所示。
图1-25 《入侵脑细胞》(The Cell)截图
●触感/身体追踪服
灵感来自于我们自己的身体的内部运作,这一套衣服能够模仿肌肉的布局设计,无论是在外观方面还是功能方面。使用者可以通过大脑的意识来控制自己在虚拟世界的运动。
少数派报告(2002年)
电影《少数派报告》是由汤姆·克鲁斯主演的一部科幻片。该影片讲述的是随着科技的发展,人类利用具有感知未来的超能力人——“先知”,就能够侦查出人的犯罪企图,因而在罪犯实施犯罪行为之前,就已经提前被犯罪预防组织的警察逮捕并获刑。约翰·安德顿就是犯罪预防组织的一个主管。在一次通过“先知”成功阻止的因外遇引起的双人命案之后,约翰隐约了解到了这一套完美的预防犯罪系统中隐含的秘密——“少数派报告”。系统依赖三个“先知”一起判定某人是否有杀人企图,当出现分歧时,按少数服从多数的原则定案,但最后若少数一方正确的话,则会秘密保存一份“少数派报告”。约翰一觉醒来,突然发现自己已是昔日同事的抓捕对象。约翰唯一的出路就是找到那份能证明自己清白的“少数派报告”。
●手部追踪
约翰·安德顿戴着手套,使用手势与计算机进行交互(如图1-26所示)。
图1-26 《少数派报告》截图
●完全沉浸式
用户在虚拟现实的咖啡馆里,通过外部神经连线诱发沉浸式体验。
非常小特务3-D:游戏结束Spy Kids 3-D:Game Over(2003年)
《非常小特务》系列的第3部,为3D电影。在经历了科学狂人和荒岛惊魂后,这次天才特工小姐弟必须面对的是解救全世界孩子的任务和一个庞大而危险、疯狂的虚拟游戏……“少年版007”朱尼·柯特兹在莫名其妙地失去了他的特工工作以后,被告知他必须设法进入一个虚拟游戏的世界,因为他的姐姐卡门·柯特兹的精神被禁锢在那里。游戏的设计者是一个被称为“玩具制造商”的狂人,他有5个全然不同的人格,出于邪恶的目的,他希望能够通过这个游戏控制全世界的孩子。为了打败邪恶的玩具制造商,朱尼加入了一个由全世界招募而来的孩子们组成的游戏测试小组中,但进入虚拟世界需接受层出不穷的挑战。朱尼面临着一系列考验,如在炽热的火山岩浆上冲浪,和巨大的机器人与异种怪兽交战,又或者危险重重的夺命狂奔。即使有曾经也是天才特工的祖父帮忙,但朱尼能够成功地通过这些关卡拯救姐姐卡门并最终打败邪恶的玩具制造商吗?
●头戴式显示器
这种用于虚拟现实的头戴式显示器就像是看3D电影用的眼镜,一块镜片是红色的而一块镜片是绿色的,如图1-27所示。
图1-27 《非常小特务3-D:游戏结束》(Spy Kids 3-D:Game Over)截图
●移动
角色在零重力室里可以全方向地移动,从而控制自己在虚拟世界的运动。
未来学大会 The Congress(2013年)
《未来学大会》(The Congress)是曾经执导《和巴什尔跳华尔兹》的以色列导演阿里·福尔曼的最新作品,影片依然走《和巴什尔跳华尔兹》的写实路线,但内容却朝幻想更进一步,直接步入科幻和未来学领域。《未来学大会》改编自波兰的科幻、哲学、未来学作家斯坦尼斯拉夫·莱姆的短篇小说,该影片讲述的是女演员罗宾·赖特的事业遭遇瓶颈,不再受欢迎,绝望地走进由精神学和药理学制造的幻想未来的故事。
●图像捕捉
签订合同后,女演员赖特被领进一个半圆顶的房间,房间里安装着许多组摄像头,高级的扫描和成像技术能够捕捉、保存人体特征。其电影截图如图1-28所示。
图1-28 《未来学大会》(The Congress)截图
零点定理The ZeroTheorem(2013年)
电影《零点定理》(The Zero Theorem)是一部相当抽象而又充满意象的科幻片,讲述的是计算机程序员科恩·莱斯试图破解零点定理的故事,其电影截图如图1-29所示。
图1-29 《零点定理》(The Zero Theorem)截图
●触感/身体追踪
一套虚拟现实连体服覆盖了除脸部以外的整个身体,传递完整的跟踪和触觉反应。大脑神经通过像马尾辫一样的线缆连接计算机。
●头戴式显示器
用户直接跟计算机屏幕发生交互,只需要按下按键就可进入虚拟现实获得完整的感官沉浸。
●移动
在电影里只是短暂地显示了一下,通过脚踏来进行移动,并搭配了一个游戏手柄用于交互。
美国队长:内战Captain America:Civil War(2016年)
电影《美国队长:内战》(Captain America: Civil War)是一部基于漫威动漫的最新大片,描述了幕钢铁侠托尼·斯塔克闪回过去他最后一次看见自己父母的画面,结果斯塔克发现其实这一切都只是基于他本人的记忆而从他配戴的增强现实眼镜投射出来的影像而已。
●头戴式显示器
斯塔克的眼镜不仅可以投射出他自己的记忆影像,还可以根据他的喜好改变这些影像,就像我们对待自己的记忆那样。这项被称为B.A.R.F.的技术成功地将眼镜和神经系统里的海绵组织联系起来,后者被认为是大脑关于情绪和记忆的核心。其电影截图如图1-30所示。
图1-30 《美国队长:内战》(Captain America:Civil War)截图
在被称为“VR元年”的2016年,关于VR和AR的电影还有不少,如《节日:圣诞节VR》(Holidays:Christmas VR)(如图1-31所示)和《创意控制》(Creative Control)(如图1-32所示)。
图1-31 《节日:圣诞节VR》(Holidays:Christmas VR)(2016年)
图1-32 《创意控制》(Creative Control)(2016年)
不管是否百分之百的合理或行得通,好莱坞总是能利用虚拟现实/增强现实成功地取悦大众,并且一次又一次地将电影推向新的高度,这种趋势似乎并没有任何减缓的迹象。