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摘要
沉浸式技術已經進入了許多行業。那麼除了在娛樂領域的某些應用外，它是否會重塑我們的日常生活呢？在未來20年裡，科技的發展會加速沉浸式技術的普及。但是不要認為虛擬現實已經是飛速發展了，因為其應用在很大程度上反映出人類的感官運動行為。
隨著虛擬現實、增強現實和混合現實技術的日益普及，它們已經不僅限於某些專業人士使用了，而是在娛樂、藝術領域都有應用。個人、日常的應用也有可能，只是不那麼明顯。前景，尤其是增強現實眼鏡或頭盔的前景，似乎非常樂觀。另一方面，就娛樂活動而言，可以探索虛擬現實＋主題樂園或虛擬現實、增強現實和混合現實＋遊樂場。但是哪怕頭盔已經變得非常便宜，VR遊戲依然需要和傳統的電子遊戲競爭。同樣，沉浸式社交網絡也需要和當前的社交網絡競爭。
VR技術在某些專業領域（如工業、健康、培訓、教育、城市規劃、建築等）的應用已經至少有10年之久了。媒體的狂熱會鼓勵上述領域以及一些新的領域（如零售、市場、娛樂、媒體等）的公司考慮利用這些新的技術，而且它們的投資成本相對於十年前也有所減少。
那麼未來10年或20年間，技術的發展會帶來怎樣的可能性，從而擴大上述技術的應用範圍呢？
以下列出了未來20年間一些主要的技術進步，它們要麼可以擴大上述技術的應用範圍，要麼可以提出一些新的可能性。
視覺交互界面
未來的頭盔需要在以下五方面改進：
屏幕的視覺效果更好，分辨率更高（分辨率是當前最主要的缺陷）；
與人類視覺相同的水平和垂直視野，；
人眼追蹤；
像素層面的主動適應性；
不用實體線和計算機相連，從而擴大活動範圍；
但是要想頭盔在上述五方面都實現提升，至少還需要25年的時間。我們已經等待了同樣長的時間，才等到頭盔價格下降！就增強現實頭盔而言，可以期待Magic Leap和Hololens推出更好的產品，但是它們產品最重要的進步不在於聚焦顯像時的主動適應性，而在於能對環境進行實時3D重構和分析的3D掃描儀。實時掃描的目的是允許對虛擬實體和現實世界進行準確地視覺整合（也就是我們所稱的“全息圖”）。
當前這種技術依然存在限制，3D重構也僅限於一些簡單的、符合幾何構造的環境，裡面只有一些簡單的、符合幾何構造的物體：飛機、圓柱等。距離以增強現實技術模擬海膽和現實世界中的刺蝟接觸的場景依然很遙遠…根據最新消息，Magic Leap眼鏡會在三個平面提供不同深度的主動適應性。它的水平視野會比Hololens略大，用以更好地展示虛擬實體，然而對於某些應用場景而言，這依然是遠遠不夠的。和Hololens這種面罩式頭盔相比，Magic Leap眼鏡的一大劣勢在於，其鏡框會完全遮擋現實世界的外圍視覺（也即眼睛餘光能看到的範圍）。
目前有一些研發高分辨率頭盔的項目。比如谷歌有一個項目，希望實現單眼20兆像素。芬蘭的初創企業Varjo Technologies正在研發一種70兆像素的顯像技術，可以操作OLED Full HD的微屏幕。這個頭盔將會有兩種類型的顯示屏：傳統背景1080×1200像素，90Hz的頻率；和1920×1080像素微顯示屏，它可以在眼睛移動時，光軸正對的點做到高分辨率顯像。目前尚不清楚它在光學方法上使用了怎樣的解決方案，或許是基於微鏡片（micro mirrors）。這種視覺重構技術的難點在於如何做到低延遲，因為眼睛的運動是非常快的。智能手機做的視頻頭盔就中期而言沒有前景。
元件方面，目前正在研究效果更好、更薄的光學鏡片。眾所周知，頭盔設計的主要難點在於其光學系統，而非屏幕質量。表面平滑的納米結構鏡片可以聚光。一支來自哈佛約翰保爾森工程和應用科學學院的團隊已經開發出了原型。未來的頭盔有必要改善顯卡效果以實現高分辨率的顯像。
英偉達等顯卡廠商正朝著這個方向努力。要提供正確的顯像效果應當不是難事，當然這也取決於屏幕分辨率的提升。廠商們正在開發獨立的，或至少有足夠無線通訊能力的頭盔。其它的廠商，如柔宇科技則致力於開發可以看經典電影的頭盔，它們採用的是分辨率非常高（每英尺3000像素）的屏幕。這種頭盔在移動時很有用，如Skylight給乘客提供的頭盔，使得乘客在飛行時可以單獨觀看電影。
就智能手機的發展而言，攝像頭製造商Red company在納米元件的幫助下， 研發出了帶全息顯像功能的智能手機：和傳統的智能手機相比，由於雙眼視覺和屏幕旋轉時觀察者視角的變化(單視場指數：視差變化)，3D顯像的圖效果更好。
就增加現實的視覺界面而言，像《少數派報告》這種科幻小說中描述的那種，可以動態地、從正確視角顯示合成畫面的隱形眼鏡依然不可能實現，哪怕已經有一家公司為此註冊了專利，因為要實現這一點，無法克服的技術難度太多，此外也受人眼的限制，人的眼部運動速度非常快，且當它專注某一區域時，會有持續的微運動。
就CAVE(3D沉浸式立方體)以及其他大屏幕設備的演化而言，它們的價格應該不會迅速降低，即使有些公司在宣傳中表示CAVE只需要數萬歐元，中小企業也能投資。需要等到視頻投影技術為大型平面屏幕（不管是硬屏還是柔性屏幕）所取代，才可能看到價格大幅降低。
捕捉真實環境
目前有人正在研究允許部分3D重構的360度攝像頭，通過上下左右移動，允許用戶更好地觀看場景。如果你希望像在電腦生成的虛擬環境中一樣移動和操縱物體，你必須要對360度攝像頭拍攝的虛擬環境進行3D重構。存在多種解決方案，其中一個就是將3D激光掃描儀和360度攝像頭結合。但是這隻能允許3D環境中的移動，而且環境裡沒有拍攝好的演員或3D建模的虛擬人物，虛擬人物又是另一大難點（見下段）。
虛擬人物的建模和動畫
在虛擬現實中，有一個專門的術語, 虛擬人物（Avatar）指的就是沉浸在虛擬環境中的用戶。Avator可以讓用戶：
在環境中交互更加容易，因為用戶看到自己的虛擬形象，對於自己的感官運動行為有一個視覺的反饋。因此，當你和你的虛擬形象不在同一個地方時，這種虛擬形象的視覺化可以幫助你更好地執行行動；
與其它有虛擬形象的用戶更好地溝通；
為你提供自己身體、身體形狀的虛擬呈現，以達到心理效果，尤其是在做虛擬治療的時候，身體形狀會對恢復健康產生重要的心理影響；
建立一個虛擬形象並非易事，依然還有很多研發工作要做，才能讓開發者擁有一個“立刻可以使用”的虛擬形象庫。
建立並動畫虛擬形象的難點主要體現在四個層面：1. 生物機械建模（感官運動）；2.用AI去了解某種情形的認知建模；3. 允許生成的虛擬形象自主作出某些行為（行動、操縱物體以及通過對話進行溝通）的行為建模；4. 情緒建模，通過臉和手勢來識別情緒。鑑於上述種種，就不難理解為什麼困難如此巨大，以及為什麼要完成能滿足VR應用需求特徵的實時人物建模和動態化還需要數年的時間了。此外，得益於AI算法的發展，這些虛擬人物的行為也會有自主性。
就生物機械建模而言，是存在有效解決方案的，但是要同時生成1個或2個人物的虛擬形象，還需要手段和時間，這一點微軟已經意識到了。就臉部建模和動態化而言，法國公司Eisko研發的一款由許多攝像頭組成的設備就像我們展示了目前技術能達到的程度：可以做到對臉部表情的實時真實再現。此後可以在VR軟件中，將人物實時動畫。在技術手段有限的情況下，是可以僅用智能手機對臉部或簡單的物體進行建模的。但是毫無疑問，由於缺乏燈光控制及其它原因，視覺效果會比較糟糕。有些智能手機給了增強現實的解決方案，其中就包括索尼。
行為交互界面
除了視頻頭盔外，其它感官、運動和感官運動交互界面的發展將會是緩慢的，和過去25年一樣。技術的演進並沒有加快…科技鎖（技術瓶頸）已經是眾所周知的了。某些類型交互界面的價格會逐漸下降，但是力反饋界面和運動模擬界面的價格依然會超出個人或家庭使用的範圍。
但是不應當將可以給用戶身體（主要是手）施加力，從而制止動作的力反饋界面和用戶發出的、通過電刺激讓肌肉產生感覺的“觸覺結合”混為一談。“觸覺結合”不會給身體帶來額外的壓力，也因此不會制止動作，其中的一個例子就是正在研發中的“特斯拉結合”。
用控制器去操縱任何的虛擬物體都非常容易。但另一方面，如果想要用手指去操縱，並形成真實的觸覺（內部和外部力的觸覺和反饋），那麼要發明出這樣一幅有觸覺反饋，並對所有手指都產生力的手套，技術難度是非常大的。可能永遠也生產不出這樣一幅完美的手套，不管技術如何演進，始終要在技術上做妥協。
另一方面，只提供機械觸覺反饋，或是熱變化反饋的觸覺手套很容易實現，哪怕這種觸覺刺激是不真實、不精確的。但是它們必須要找到一個可以向大眾銷售的市場，畢竟由於其用途有限，市場前景並不是非常明顯。有些人幻想利用腦機交互（BMI），通過思想來實現操縱並移動虛擬物體。但除此之外，MBI在VR上的用途有限，因為它們會給用戶造成不適當的認知過載。
目前還開發出了嗅覺界面，但是它們近乎無用，因此在消費應用方面，商業化前景有限。此外，由於需要貯藏氣味化學品，要管理此類界面也很困難。
人類－技術－經濟條件和限制
在過去100年的時間裡，技術創新的普及時間大大縮短，飛機和電話用了50年的時間才為大眾所接受，收音機花了40年，電視20年；筆記本電腦15年，上網不到10年,iPod約3年。然而虛擬現實的情況卻不同，因為它的應用在很大程度上反映出人類的感官運動行為，這與上述技術創新截然不同。
但是這並不意味著VR技術為大眾使用還需要半個世紀的時間。有一些VR技術會進入日常生活，但是有一些技術暫時只會用於某些特殊的場景。技術經濟的變革會比某些人預測得要慢，但是也會逐漸發生。VR技術在一定程度上是基於計算機技術的，因此計算機的演進不會成為VR應用發展的阻礙。正如我此前所言，這不僅僅是一個數據處理的問題，還是一個在有種種人類－技術－經濟限制和侷限的環境裡行為、生活的問題。
從模擬到電子的過渡對於需要用到模擬設備如：電視、廣播、電影、攝影等的行業而言是一場真正的變革。這場變革不僅僅體現在設備的升級換代和工作方法的變化，也體現在產生了新的應用。其中最具代表性的就是從經典的攝像機到360度全景攝像機（模擬信號時代是不可能實現的）的轉型，這種轉型帶來了一項新的藝術：VR電影！當前VR技術的潛力尚未完全發掘，主要是建模和模擬人工環境以及有一定自主行動能力的虛擬人物方面技術的難度。另一大難點就在於實時模擬用戶的行為和行動並給他們提供協助，或者向他們建議他們可能感興趣的藝術品。要實現這些，AI算法必須要發展。
就用戶的行為而言，不舒服，甚至是運動病的風險對於任何知道如何控制不僅僅一種感官運動不協調（如上網病），而是全部感官運動不協調的設計師而言，並非一種挑戰。
三種主要的不協調包括因Visiocouple導致的延遲，眼球運動不協調以及visuovestibular不協調。消除因第一類不協調而產生的健康影響是頭盔廠商的責任，第二類則是開發者的責任，只要廠商沒有提供主動適應性的顯示屏，那麼消除因第三類不協調而產生的健康影響也是開發者的責任。但是如果第二類不協調又產生了第三類不協調，尤其是對不切實際的LCAs而言，開發者必須要對它們進行控制。所有用戶都或多或少會受到這些不協調的影響。
開發者應當首先對應用和產品進行測試，至少要讓一組用戶測試（而不是僅僅自己去測試！）。出於健康和經濟原因的考量，最好VR應用可以根據個人的敏感度進行設置。然而，不管是中期還是長期，都不可能做到所有人都適應所有類型的感官運動不協調性。不要忘記，人類已經在海上揚帆了13萬年，依然有人會暈船！
媒體、藝術、文化和通訊的所有領域都受到數字化轉型的影響。此前，因為技術和經濟原因，不同領域是彼此孤立的。然而當前的情況已有不同，所有的領域都彼此交叉。由於所有的媒體都是數字媒體，已經不存在無法跨越的邊界了，至少在技術層面，電視、電子遊戲、社交網絡、電影院和未來面向大眾的VR應用已經相互交叉了：互聯網提供電影和視頻，社交網絡和搜索引擎已經佔領了大部分的廣告，可以在智能手機或電腦上看電視，也可以在這些設備上看新聞、發佈電子遊戲，其中有一些設備還提供服務或互動式藝術體驗。
總而言之，所有的感官運動活動，而不僅僅是“聽和看”，已經可以在許多電子設備上進行。在這樣一個新的技術－經濟背景之下，鑑於大的跨國企業（如GAFAM和其它公司）已經有強大的經濟實力去回答所有關於應用的問題（媒體、藝術、文化、娛樂、教育和通訊），甚至在全球範圍內推廣，那麼VR應用將如何發展？不同的經濟系統是會結合，還是會吞併吸收？至少可以確定的是，VR的應用場景將會和互聯網一樣多元化，哪怕現在還不是這樣。
本文為Philippe Fuchs新書《虛擬現實理論：真實應用》節選，該書於2018年4月由
Presses des Mines出版社出版。
菲利浦·福斯
教授，機器人和VR院長，標緻雪鐵龍/巴黎高等礦業學校－PSL
菲利浦·福斯畢業於南特中央理工工程系，目前擔任巴黎高等礦業學校機器人研究中心VR&AR研究小組負責人。長期擔任法國虛擬現實和增強現實協會主席。
他也是一位馬拉松跑者。1995年夏天，他從帕萊索跑至北角（3200km），2004年夏天，從伊維特河畔比爾跑至雅典（2400km），2008年夏天，從巴黎跑至北京（8500km）。
他撰寫了許多有關於虛擬現實的科學及通用讀物，包括《虛擬現實概論》（ Traité de la réalité virtuell，共5卷，由101位作者在他的指導下完成，2006年由Presses des Mines出版），虛擬現實和電子遊戲頭盔（2016年由Presses des Mines出版），以及對在屢次旅行，尤其是從巴黎到北京途中觀察到的人類強大適應能力進行思考的一本書：《適應環境：從巴黎到北京一路的觀察 (Edilivre, 2015)》，他最近的書：《虛擬現實理論》於2018年3月由Presses des Mines出版。
創瞰巴黎是《巴黎創新評論》（Paris Innovation Review）的中文版，致力於為全球商界與公共領袖提供深度科技、藝術、人文評論。
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