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虛擬實境科技-《知識大圖解》

知識大圖解_96
・2015/08/10 ・2336字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 513 ・六年級
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Source: wikipedia

當今3D電影已在各地電影院風靡,但你能想像鋼鐵人不只能從螢幕向你飛出,更能真正置身實境嗎?你是否想過待在沙發上便能出遊、從事危險的運動卻毫無受傷風險?這些都是50年代虛擬實境技術剛起步時的願景,如今隨著智慧居家科技逐漸普遍,這些願景即將實現。虛擬實境不像3D技術那般只能在平面螢幕上呈現景深效果;它可以讓你全方位360度置身於畫面環境中,並讓你的感知認定其為真實的環境。

人類眼睛所見、手指所觸,都是經過大腦感知詮釋的電子脈衝。基本上,虛擬實境技術的運作方式,是愚弄你的感知,使大腦相信你體驗到的是真正世界的畫面,但其實一切都是電腦製造出來的。早期的虛擬世界是以虛擬實境模組語言(VRML)所程式化創造出來的。後來VRML被使用XML格式的X3D取代。X3D這種建模語言可與3D繪圖應用程式(包括Blender)結合使用,後者則提供各種3D繪圖功能,可整合進虛擬實境的環境。其實有各種方式可創造出能以瀏覽器觀看的虛擬實境世界,而透過電腦遊戲是最能展現虛擬實境技術進展的方式。

虛擬實境除了電腦遊戲以外也有許多其他應用。美軍就採用了「近距離作戰策略訓練器」,該訓練器利用虛擬實境來訓練士兵與敵軍作戰,很像電玩遊戲《決勝時刻》(Call of Duty)與《星艦迷航記》(Star Trek)中全像甲板的綜合體。

虛擬實境與擴增實境(或3D效果)最大的差別是讓人能有身歷其境的感覺。虛擬實境也用於進階手術訓練,並被美國太空總署所採用。而且多虧了一些虛擬實境系統,如頭戴式顯示器以及虛擬實境眼鏡(本期雜誌也將深入探討),虛擬實境技術將展開一場復興運動。虛擬實境若要做到讓人信服,必須讓使用者不只覺得自己完全置身在該環境中,更要能與環境進行互動。這個可以互動的特質即所謂「遙現」(telepresence),正是虛擬實境與其他虛擬世界系統或3D電影技術的最大不同之處。此外,虛擬實境的環境要讓人信以為真,就必須能即時與使用者互動。

想想看你是如何與真實世界互動的。你可以觸摸、拾起物品,感覺其觸感;當你開門或撿起遙控器時,你就能影響這些物體。這些與物體互動的特徵稱為「力回饋」。假設你是個遊戲玩家,力回饋的一個好例子,就是在你中彈的時候,搖桿和身上的護具都會即時發出振動,這些總稱為觸覺系統,是建構仿真虛擬環境的基本要素,用以迷惑你的大腦。

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虛擬實境系統往往以更先進的操作系統控制,譬如虛擬實境手套。早期的嘗試包括了任天堂的威力手套,而如今的虛擬實境系統多用Razer Hydra這類平台來控制,後者廣泛用於頭戴顯示器Oculus Rift。Razer Hydra靠著一個可發射微弱磁場的機台運作,它利用強化線路、數位訊號處理器和定位演算法,將控制器收集到的數據轉為位置和方向資訊,這些資訊接著再被用作電腦繪圖環境的控制元素。

虛擬實境結合了數種技術,為使用者創造出令人信以為真的虛擬世界。其中頭戴顯示器是最重要的配件,它利用了所謂立體觀測的技術,讓我們的兩隻眼睛看到些微不同的影像。Oculus Rift含有顏色深度24位元的單一LCD螢幕,內裝1000赫茲的鄰接現實追蹤器,可以減少畫面遲滯的現象,使得頭戴顯示器移動時,能有更真實的成像品質;此外,每隻眼睛前方的鏡片更會提供了景深資訊,因此能呈現圍繞穿戴者視線中的完整景象,頭戴顯示器內亦含追蹤軟體,讓使用者移動頭部,虛擬世界也會隨之移動。

內建的三軸陀螺儀、磁力計以及加速器都有助於精確追蹤使用者頭部的運動,讓使用者對環境的感受更真實。這三項技術決定穿戴者在四處移動時透過頭戴顯示器所看到的影像,當使用者一動,所見到的畫面隨之改變,虛擬實境就是利用這種感知模擬來欺騙大腦,讓你的大腦以為身處真實環境。

動作也是虛擬實境能夠讓人信以為真的重要因素。Virtuix公司推出的Omni跑步機是虛擬實境頭戴顯示器和操作器的完美附加裝置,使用者必須穿著一雙特製的鞋子來使用Omni跑步機。當鞋子接觸到Omni具有紋道、摩擦力低的表面時,跑步機裡的平台會隨之移動,模仿出在平地行走的狀態;使用者甚至可以奔跑或跳躍,相對位置資訊會即時傳回電腦,即時產生頭戴顯示器中的畫面。使用者在沒有支撐的情況下行走時,就會看到自己在虛擬空間中的移動狀況。

當然,那只是電腦繪圖合成的環境。虛擬實境系統究竟如何讓你的大腦放下懷疑,將虛擬實境當作真實世界般回應呢?一個令人信以為真的虛擬環境必須擁有超高解析度的成像,頭戴顯示器中的畫面更新率也必須至少每秒顯示30影格數。要製造出一個仿真的虛擬世界,觸感、陰影和光線效果的組合也必須十分精確,缺一不可。此外,聲音必須具方向性,並且要能環繞使用者,如此才能讓使用者感受到如同真實世界般的聲音效果。

虛擬實境界的新產品還有蘋果公司將推出的新Mac Pro,配載了擁有12顆運算核心的英特爾Xeon E5 Ivy Bridge處理器。英特爾公司宣稱這個最新型的晶片能讓目前Xeon的中央處理器提高一倍效能。

Oculus Rift則是最新型的頭戴顯示器,其目的在讓每個人都能體驗虛擬實境。過去虛擬實境系統的價格高昂,讓消費者卻步,只有像美國太空總署和軍方單位才有足夠的資金購買。Oculus Rift可能預告了虛擬實境新紀元的到來,我們將經歷全新的互動與沉浸式體驗。這些虛擬實境技術顯然會應用在電玩遊戲上,但也許也會被應用於行動裝置上。想像你打開iPad並透過頭戴顯示器得到全新的沉浸式體驗。

倘若你一直認為《星艦迷航記》的全像甲板可以提供最終極的虛擬生活,那麼即將問世的虛擬實境技術也許可以讓你在自家中體驗使用全像甲板的感覺。

 

 

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第10期(2015年7月號)

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知識大圖解_96
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從族群耆老的死亡,看見黑猩猩的「同理心」——《我們與動物的距離》

馬可孛羅_96
・2022/01/16 ・2063字 ・閱讀時間約 4 分鐘
  • 作者:法蘭斯・德瓦爾(Frans De Waal)
  • 譯者:陳信宏

人類為何會發展出宗教,其中一個最常被提及的原因便是我們對死亡的體認。我們對生命有限的理解,經常和「人類有沒有可能是唯一擁有宗教的生物」這個問題一起提出。我對這個問題沒有明確的答案,只能說我們沒有理由假設別的靈長類動物對其他個體的死亡一無所知。

如同巴諾布猿天堂裡的巴諾布猿,其他猿類也相當熟悉死亡與失去親友的現象。有時候牠們自己就是凶手,例如有一天那群巴諾布猿打死了一條劇毒的加彭膨蝰。那條蛇令牠們深感恐懼,只要一動就嚇得所有巴諾布猿往後跳開。牠們用樹枝小心戳牠,最後瑪雅才把牠高高拋起並且重重甩在地上。值得注意的是,那條蛇死了之後,牠們的表現就完全顯示牠們並不認為牠會再起死回生。死了就是死了。幼猿開開心心地拖著沒有性命的蛇屍當成玩具,掛在脖子上,甚至撬開牠的嘴巴檢視牠巨大的毒牙。

加彭膨蝰,是一種毒性極強的噝蝰屬毒蛇,分布在非洲撒哈拉沙漠以南的熱帶雨林地區,它是世界上毒性最強的蛇類動物之一,擁有世界上最長的毒牙。圖/Wikipedia

那幕情景令我想起以前目睹過的一場黑猩猩狩獵行動。我們在坦尚尼亞的馬哈勒山脈(Mahale Mountains)跟隨一群黑猩猩,突然聽到樹上高處傳來一陣騷動。黑猩猩抓到獵物的時候會發出一種特殊的尖叫聲,單是這麼一種特殊聲響的存在,就顯示了牠們想要分一杯羹的意願。若不是這樣,保持安靜顯然才是聰明的做法。那陣尖叫聲吸引了其他許多黑猩猩聚集過來。有幾頭公黑猩猩抓到了一隻紅疣猴,這是黑猩猩難以自行捕捉的一種獵物,通常要團體合作才抓得到。

我抬頭透過枝葉的縫隙觀察,看見那幾頭黑猩猩在那隻猴子還活著的情況下就開始吃起牠的肉。由於黑猩猩不是「專業」掠食者,所以沒有演化出貓科動物那種有效的獵殺技巧,而牠們對待獵物的方式也反映了牠們的同理心有時而窮,就和人類一樣。許多黑猩猩都聚集過來形成一種進食集合,包括生殖器腫脹的母黑猩猩,她們通常享有進食的優先權。那整個場景非常吵雜混亂,但所有成員終究都分到了一塊猴肉。第二天,我注意到一頭母黑猩猩經過,背上騎著一頭幼黑猩猩。牠的女兒開開心心地高高揮舞著一根毛茸茸的東西,我才發現那個東西屬於那隻可憐的猴子所有:一頭靈長類動物的尾巴成了另一頭靈長類動物的玩具。

黑猩猩對「死亡」的體悟

某天早上,蓋扎.泰萊基(Geza Teleki)跟隨一群黑猩猩行動,聽到遠處傳來刺耳的尖叫聲。六頭公黑猩猩狂野地來回猛衝,一面發出「喇啊」的叫聲,迴盪在山谷之中。在一條小沖溝裡,只見瑞克斯(一頭公黑猩猩)的身軀一動也不動地癱倒在亂石之間。泰萊基雖然沒有看到他跌落的過程,但覺得自己目睹的乃是這頭公黑猩猩從樹上跌落而摔斷脖子所引發的最初反應。

幾頭黑猩猩停下來看了看瑞克斯的屍體,然後猛力向外衝,並且朝四面八方丟擲大石塊。在那樣的喧鬧狀況下,黑猩猩紛紛互相擁抱、交合、撫摸以及輕拍,臉上則是咧開嘴露出緊張的表情。接著,牠們又花了不少時間盯著屍體看。一頭公黑猩猩在一根樹枝上俯身看著屍體,發出嗚咽的聲音。其他黑猩猩則是觸摸或者嗅聞瑞克斯的屍身。一頭青年母黑猩猩更是一動也不動地靜靜盯著他的屍體看了整整一個小時以上。經過三個小時的擾攘之後,其中一頭年紀較大的公黑猩猩終於離開那片林中空地,朝下游走去。其他黑猩猩一一跟上,慢慢離開,同時不斷回頭望向那具屍體。

猿類面對死亡的反應已有愈來愈多的報導敘述。二○○九年,桃樂絲死後的一張照片在網路上爆紅,因為她的遺體引來保護區內黑猩猩群的圍觀,猩群們相當專注(但靜默得令人發毛)。這在蘇格蘭的布萊爾德拉蒙野生動物園(Blair Drummond Safari Park),一頭名叫潘希的年老母黑猩猩死亡了,其過程透過影片仔細分析,原來在她死前的十分鐘,其他黑猩猩為潘希理毛或者撫摸了十幾次,潘希的成年女兒也整夜陪在她身旁。潘希死後引起的反應從猩群成員觸碰她的嘴巴與四肢(也許是想要檢視她是否還在呼吸或者是否還能動)到某頭公黑猩猩猛擊她的遺體,這種行為也曾經在其他黑猩猩死亡之後被人觀察過。

這種表現看起來雖然像是麻木不仁,卻有可能是一種想要喚醒死者的行為。猿類面對死亡的反應通常綜合了兩件事,一是對死者的毫無回應感到挫折,二是繼續測試看看還有沒有辦法引起死者的回應。不過,圍聚在死者身旁的大多數個體都會默不作聲,彷彿意識到發生了什麼可怕的事情。研究人員觀察潘希臨終前的狀況之後,得出的結論指出:「黑猩猩對死亡的體認受到了低估。」

——本文摘自《我們與動物的距離:在動物身上發現無私的人性》,2021 年 12 月,馬可孛羅

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