虛擬現實VR
是計算機科學裡面
一個歷史悠久的非常重要的分支
2014年臉書用了20億美金
收購了一家VR的初創公司
導致很多人開始注意VR
三年以來VR的技術突飛猛進
但是市場上對VR的觀點
還存在非常多的分歧
硅谷虛擬現實與人工智能科學家
周昌印做客《世紀大講堂》
帶我們一探VR虛擬現實的虛與實
主持人：田桐 主講人：周昌印
周昌印：美國哥倫比亞大學博士，虛擬現實與人工智能科學家。在哥大讀博士期間，應邀加入了谷歌X實驗室，是谷歌眼鏡相機軟件的主要設計者，超人視覺項目負責人。如今他也成為了硅谷創業大軍中的一員，帶領團隊不斷攻克VR領域的技術難題。
VR與AI：共生共長
關於VR的電影非常多，如果你小心，仔細的去看這些電影，會發現，當VR發生的時候，經常也會伴隨著人工智能AI的事情。比如說在虛擬世界裡，會看到很多故事是關於人造人跟自然人之間的一些故事。VR跟AI，非常緊密關聯的兩個概念。基本上所有的科幻片，裡面都會有VR的場景，VR的元素。這個題材為什麼長盛不衰呢？中間其實很大的一個原因是，VR跟AI涉及了人類兩個非常深刻的問題。
第一個問題是，我們在哪裡，我們是什麼樣一個世界，這是什麼樣一個世界。在之前，我們有兩個工具，一個是物理學，一個是哲學，或者宗教，來研究這個世界。在計算機誕生之後，我們有第三個工具，用計算的方式，來研究這個問題，VR就是從計算的角度思考“世界本源”。
在有人工智能之前，我們基本上通過生物學，通過哲學，通過宗教的方式，來研究人的精神，研究什麼是人類智慧，而隨著計算機科學的發展，人工智能其實就是我們通過一種計算、仿真的方式，來思考“智慧”，讓我們反思人和機器的差別是什麼。
VR跟AI兩個都有非常長久的歷史，經過了好幾次的，非常高峰，低谷，起起伏伏，有很多的進展。1950年到1960年這個階段，相當於是VR跟AI的早期階段。在VR這邊，出現了很多非常簡陋的機械的，或者電子的一些模擬器。在AI這邊，出現了最早的感知算法。那到了1980年左右，那VR開始應用在很多的飛行模擬器，幫助訓練飛行員，包括產生一些新的遊戲機，讓人去玩這個VR的遊戲。而在AI那邊，我們出現了多層的感知網絡。一直到2010年，VR跟AI都有非常非常大的一個突破。在VR這邊，出現了很多普通消費者可以承受的，小型的VR頭盔，可以讓很多人去嘗試，什麼是VR。在AI這邊，因為深度學習的突破，使AI在很多領域開枝散葉。
所以會發現VR跟AI像是兩個相互交織的一個波浪線，在過去的60年裡起起伏伏。因為這兩個話題有共生共長的土壤，第一它需要強的計算力，第二它們都需要海量的數據，第三它們需要很好的連接性。因此無論什麼時候，計算力，數據量，跟連通性有提高的話，這兩個領域，VR跟AI就會迅猛地發展。
VR到底是什麼？又能幹什麼用？
VR到底是什麼？從某個角度來說，它是一個新的媒體。從最早用文字，到用圖像，用視頻，再到VR，人們對事情表達的表達力上越來越強。比如說用文字去描述北京很漂亮，就說“哇！北京好漂亮”，感覺就比較單薄。如果有圖片，你可以拍一個非常漂亮的北京的圖片，去講北京好漂亮，然後如果可以拍視頻的話，就能更加動態地描述更多的信息。那VR就相當於是直接把用戶放到北京，讓他自己去看。
如果從這個角度考慮，VR其實有很多的應用，比如說可以拍一個VR的電影，讓人可以設身處地的，去看一下故事，會有一個新的，用VR講故事的方式。也可以在手術室裡面，把整個手術的內容拍下來，對沒有進手術室的人來說，他可以去嘗試，去學習手術室裡面發生什麼樣的事情。對新聞來說，不再是讓觀眾去看簡單的畫面，而是可以讓用戶真正到事件的現場，去看發生了什麼事情。最後，有很多公司，會用它來做一些營銷，來做一些品牌的建設。
其實也可以從另外一個方面去理解什麼是VR，VR是一個新的人機界面，最早計算機發明的時候有打孔機，用來做輸入輸出。後面有了鍵盤，有了鼠標，有了顯示器，到2010年左右出現了觸摸屏，因此iPhone變得非常非常成功。而現在很多人相信VR，會是下一個人機界面。
很多人認為VR是終極的人機界面，因為在VR裡面，人是通過最自然的頭部的轉動，手勢，前後走動，跟計算機做交流。它可以把人在不同的地方，連接在一起，甚至把不同時空的人連接一起，甚至可以把一個人，連接到一個虛擬的世界裡面去。雖然現在在市場上，並沒有很多人在做這件事情，但是這是很多做VR人的願景。
VR是怎麼工作的？難題在哪裡？
但對於一個新的事物，很多人會有不同的理解，不同的期望，不同的判斷。要做好更好的判斷，首先要理解，VR是怎麼工作的？VR的難題在什麼地方，解法在哪裡？VR的工作原理，其實相當簡單，人跟這個世界交流，是通過感官，人們經常會說五感，觸覺、視覺、味覺、嗅覺、聽覺，但其實人的感官，遠遠超出這五個，特別在VR裡面，有另外的感官，叫做運動感知，它在人的內耳裡面，內耳前庭，它可以感知身體的體位，運動的加速度。
所以如果圍繞這六個感官來講VR的話，其實是人接受這六個接口的信息，大腦處理了這個信息之後，產生了對這個世界的理解。所以如果改變這六個接口的輸入，那就可以在人的腦子裡，形成另外一個虛擬的世界。有些人聽了，可能會覺得不舒服，這是在欺騙人的感官？但其實人們一直在做這件事情。比如聽覺，當戴耳機的時候，其實耳機給了一個虛擬的信號，它不是周圍真正發生的，而是一個電子的信號傳過來變成聲音，傳到耳朵裡面。這跟現在的VR，其實是一模一樣，只不過它對付的不是你的視覺，而是你的聽覺。
但是為什麼我們不把耳機當作虛擬現實呢？因為對人來說，人的大腦大部分信息，80%到90%都通過視覺來傳入的。只有把視覺欺騙了之後，才能真正地做到虛擬現實的效果。所以說眼見為實，必須欺騙到人的眼睛。但欺騙人的眼睛非常難，人的眼睛非常精密、挑剔。
首先，人眼非常高清，正常的人的眼睛在視網膜的中心，每一度可以看到60個象素，就是說360度的話，大約是20K的分辨率。現在市場上可能買到的VR，分辨率大約是1080P，如果轉換成視力表的話，大概就是0.1的視力，但正常人眼睛的視力是2.0，這中間的差距，何止十倍。
不僅如此，人眼睛有很多其他挑剔的地方，比如說人眼睛會有對焦，對焦有兩種方式，一種通過晶狀體來對焦，還有一種是兩隻眼睛的聚焦。那這兩種對焦方式要一致，否則眼睛會覺得不舒服。另外人的眼睛，對圖片的失真非常敏感，配過近視眼鏡的人都知道，就是第一次配完眼鏡，會發現很不舒服，世界好像變形了，特別是眼角的地方，然後多戴一會兒可能就會頭暈，這其實也是VR裡面，頭暈的來源之一，因為人的眼睛對圖像的變形非常敏感。人的眼睛對圖像的刷新率，也非常敏感。如果刷新率不夠高，轉頭後，發現圖像會抖動，圖像一旦抖動就會暈。所以暈眩，從一個非常直觀的理解，就是人的大腦，覺得你給我東西太假了，它就有一個反應。
人腦其實是非常精密的一個儀器。隨便改變它的輸入的話，它會覺得輸入不夠真，會有些異常的反應出來。所以暈眩其實是現在VR發展最重要的一個問題。那這個問題最終的解決是需要非常大的數據量，非常大的計算量，現在的很多平臺，CPU，或者網絡沒法支撐這麼大的計算量跟數據量，當然可以等這個CPU變得越來越快，摩爾定律說，基本上互聯網的網速每年60%的速度增長，還有尼爾森定律是說，互聯網的速度每年增長50%，聽上去非常快，但是遠遠跟不上VR對數據跟計算量的要求。
所以答案只能在算法的設計上。做過算法優化的人可能會知道，一個優化好的算法，跟一個沒有優化好，普通的算法，它之間的效率會差非常多。可以有一百倍，甚至一千倍的差別。在過去的三年裡面，有很多新的算法被設計出來，讓VR的系統，變得更高效。
不斷推動VR從想象變為現實的黑科技
VR內容的產生，需要有兩類工具，一類是通過3D建模的方式來做。還有一類是通過VR相機直接拍攝。VR相機一般來說，是由很多個相機構成，每個相機覆蓋一個小的視場，然後再通過算法，把所有的相機拼接一起。比如說這個相機是谷歌的JUMP相機，它由16個相機組成，每個相機是2K乘2K的分辨率，差不多一秒鐘，會有480幀的數據進來，每一幀是2K乘2K。
在算法優化之前，一小時的視頻，它需要75天去處理。今天拍了一個節目，要過兩個半月以後，才能看這個視頻，但是經過算法的優化之後，它可以在十個小時裡面，把一個小時的視頻處理好，提高了將近150倍。但這個速度其實還是不夠的，因為只有真正做到，一個小時的視頻用一個小時處理完，才能真正做直播。所以在這個方面，技術還要進一步的提高。
VR的視頻非常大，那就會導致，對互聯網的傳輸，對客戶端的播放，產生非常大的壓力。這裡就出現第二個非常重要的技術：視域選擇性傳輸與渲染技術。就是說對人的眼睛來說，在同一個時刻，雖然這個世界可能很精彩，有很多很多內容，但是你的眼睛在同一個時刻，你只能看到很小的一個區域，所以你只要把這一塊區域處理好，把這一塊區域傳下來，渲染出來。如果這麼做的話就可以省掉最多80%的數據，省掉可能有50%或更高的CPU的用量，可以把一個原來最多隻能畫4K的一個手機，變成可以畫12K的手機。所以這是非常重要的一個技術。
VR內容的產生，還有一種方式，就是做3D的建模。做過3D建模的人都知道，是非常花時間，非常費力的。在VR的一個世界裡，可能一個場景就有好幾百個物體在裡面。怎麼樣可以非常高效的，把3D模型建出來，這是很重要的一個問題。
所以最近有一些新技術，比如說智能的圖形設計，對一個物體，比如說花瓶，拍張照片，在這張照片之上可以做一些手描把它的輪廓畫出來，在輪廓的基礎上再畫一些輔助線，然後把這個手描完的圖片傳給算法，算法可以按照畫的線生成一個3D的模型。就這是一種新的智能的方式，來幫助人們更高效地建立3D模型。
另外，其實很多人已經在嘗試，真正的去建一個虛擬的VR社交的平臺，在這個平臺上，跟其他的客戶做一些交流。這麼一個平臺，其實是一個非常好的人工智能練習的一個平臺，在這個平臺上，有很多用戶的輸入，也可以加入人工智能的一些機器人在裡面。所以人工智能可以讓VR的世界變得非常豐富多彩，那豐富多彩的這個VR的世界，可以提供大量的數據給AI。所以在科技史上，很多人會預測，就是強人工智能的機器人，其實最先會在VR的世界裡出現。
對VR的未來，很多人有不同的想象，那到底這些美好的一些未來，離我們現在生活有多遠？我們只是在非常非常早期的一個階段，VR只是剛剛起步。如果考慮可能VR的應用的話，這個冰山，才剛剛露出一個小的角，甚至在這些非常有限的應用裡面，很多用戶體驗還不是非常好。大部分的美好的應用，都還在水底下，沒有浮現出來。
VR只是一個剛剛起步的非常複雜的工程，跟人工智能不一樣，人工智能是一類很特殊的特定的技術。VR不是一個技術，VR是一個整個工程，它由很多技術組成，有硬件的，有軟件的，有網絡的，有光學的，有算法的，有很多疊在一起。它更像是在造一架宇宙飛船，當把所有這個軟件都做好之前，它起飛都很難。借用了《星際迷航》中的一個圖片，如果我們把VR，想象成在造這麼一個宇宙飛船，我們是剛剛起步，我們需要很多很多的時間，很多的精力，很多的耐性，很多的人才跟資源進來，但是這個事情非常值得做。
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