在第十九屆中國西部國際博覽會區(qū)域合作發(fā)展館，一名參觀者在中國民用航空飛行學(xué)院展區(qū)體驗VR設(shè)備。新華社圖片

近日，以色列一家科技公司推出一款新型電腦——無論你身處何方，只要打開電腦包，戴上AR眼鏡，按下鍵盤開關(guān)，眼前就會浮現(xiàn)出一塊最大可達100英寸的虛擬電腦屏幕。

這款號稱全球首臺增強現(xiàn)實（AR）筆記本電腦的產(chǎn)品問世，離不開一種面向未來的新技術(shù)——擴展現(xiàn)實（XR）技術(shù)。簡單來講，擴展現(xiàn)實技術(shù)是將人類交互方式由2D交互向3D交互轉(zhuǎn)變的一切技術(shù)的總稱，虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）、混合現(xiàn)實（MR）等技術(shù)都屬于這一范疇。

在科技高速發(fā)展的今天，擴展現(xiàn)實技術(shù)（以下簡稱XR技術(shù)）不斷滲入人們生活的方方面面。未來，它將以怎樣令人意想不到的方式改變?nèi)祟惿a(chǎn)生活方式？今天，讓我們一起來了解XR技術(shù)的前世今生。

小荷才露尖尖角

源自科幻小說的浪漫主義幻想

人類的想象力描繪出浪漫奇幻的未來；越來越多的科學(xué)幻想也一步步走入現(xiàn)實——

《海底兩萬里》預(yù)見了潛水艇的誕生，《地球外的轉(zhuǎn)播》預(yù)言了地球同步軌道通信衛(wèi)星的發(fā)展，《征服者羅比爾》描述了直升機的橫空出世，《雪崩》預(yù)示了元宇宙的興起……如今，當(dāng)時那些看起來近乎瘋狂的想象，已經(jīng)借助科學(xué)技術(shù)之翼，逐漸飛向現(xiàn)實生活。

早在1935年，美國作家斯坦利·溫鮑姆就在科幻小說《皮格馬利翁的眼鏡》中，描繪了這樣一副神奇的眼鏡——只要戴上它，你就可以進入虛擬世界，擁有虛擬的視覺、聽覺、味覺、嗅覺和觸覺，還可以與虛擬世界里的角色交談、互動。這本小說幾乎預(yù)言了如今的VR眼鏡，因而被許多人推崇為VR概念的起源。

虛擬現(xiàn)實，是由計算機模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬環(huán)境，人們通過穿戴VR頭盔等方式進入其中并與之進行互動。通過實現(xiàn)對視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，使用者如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的物體。

20世紀50年代，電影攝影師莫頓·海利格創(chuàng)造出第一臺沉浸式虛擬現(xiàn)實設(shè)備。它結(jié)合了多種技術(shù)刺激人的所有感官：全彩色3D視頻、音頻、振動、氣味和大氣效果等。作為第一款VR原型機，它龐大而笨重，用戶需要坐在椅子上將頭探進設(shè)備內(nèi)部，才能體驗到沉浸感。此外，這款原型機還缺乏交互功能。

如同并蒂蓮一般，增強現(xiàn)實技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)有著相似相近的起源。1968年，美國加州大學(xué)伯克利分校計算機圖形學(xué)專家伊萬·薩瑟蘭創(chuàng)造出第一臺頭戴式虛擬現(xiàn)實顯示器。這臺顯示器實現(xiàn)了簡單的機械運動跟蹤功能，當(dāng)用戶移動頭部時，相關(guān)3D模型會隨之改變視角。然而，由于當(dāng)時的技術(shù)限制，它比較沉重，使用時用戶需要系上安全帶，由機械臂將設(shè)備吊在空中，以減輕它壓在使用者頭上和脖子上的負擔(dān)。因此，人們也將它戲稱為“達摩克利斯之劍”。嚴格來說，“達摩克利斯之劍”不算真正意義上的AR設(shè)備，但它是AR發(fā)展史上不能繞過的重要路標(biāo)。

缺乏與真實世界之間的有效聯(lián)系，一度成為虛擬現(xiàn)實技術(shù)無法克服的缺陷。直到20世紀90年代初，增強現(xiàn)實（AR）概念應(yīng)運而生。它提供了一種新的可視化方法，可以將計算機生成的內(nèi)容“添加”到真實世界中，從而創(chuàng)造出一個用戶能夠與之交互的增強世界。2016年，一款手機游戲橫空出世，重新定義了對于虛擬世界的認知——那一年，《精靈寶可夢GO》玩家使用手機作為現(xiàn)實世界與虛擬世界的連結(jié)，讓原本不可能出現(xiàn)在現(xiàn)實世界的精靈“寶可夢”活靈活現(xiàn)地出現(xiàn)在人們視野中。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)進一步發(fā)展，產(chǎn)生了混合現(xiàn)實（MR）技術(shù)。混合現(xiàn)實技術(shù)可以看作是虛擬現(xiàn)實技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)的混合模式。混合現(xiàn)實是合并現(xiàn)實和虛擬世界后產(chǎn)生的新可視化環(huán)境，其表現(xiàn)效果接近增強現(xiàn)實。不同之處在于，混合現(xiàn)實能實時計算模擬物體與用戶在真實空間中的定位，且虛擬真實性做得更好。換句話說，混合現(xiàn)實讓人更加真假難辨。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，許多領(lǐng)域不再滿足于應(yīng)用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等顯示方式，更加青睞交互性和真實性更強的MR技術(shù)。

飛入尋常百姓家

虛擬空間正深刻改變?nèi)祟惿a(chǎn)生活方式

伴隨著5G時代的到來和AI技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)和設(shè)備不斷迭代更新，包括AR、VR、MR在內(nèi)的XR技術(shù)有望革命性地改變?nèi)藗兊慕换シ绞剑蔀橥ㄍ霸钪妗钡年P(guān)鍵入口。

如今，XR技術(shù)在文化旅游、醫(yī)療、娛樂、體育等領(lǐng)域遍地開花。原本停留在科幻小說中的暢想，正在“飛入尋常百姓家”。

在文化領(lǐng)域，XR技術(shù)廣泛運用于眾多博物館中。借助XR技術(shù)，珍貴的文物以數(shù)字化的方式呈現(xiàn)出來，用戶可以從不同角度賞玩藏品；多種多樣的VR設(shè)備構(gòu)建出不同的虛擬空間，使游客可以“穿越”時空，回到過去，身臨其境地感受歷史文化風(fēng)貌。XR技術(shù)不僅大大提升了游客的體驗感，也讓博物館的職能得以延伸和擴展。

在醫(yī)療領(lǐng)域，XR技術(shù)主要幫助醫(yī)護人員進行緊急救助培訓(xùn)和模擬手術(shù)訓(xùn)練。利用XR技術(shù)可以創(chuàng)造虛擬人體，以供醫(yī)生進行模擬解剖和模擬治療的演練和復(fù)盤。2018年11月，西安兒童醫(yī)院順利完成國內(nèi)首例AR輔助兒童顱內(nèi)血管畸形切除手術(shù)。AR技術(shù)能將病人的病變位置、血管、神經(jīng)等以3D圖像的方式呈現(xiàn)給醫(yī)生，大大提高手術(shù)的精準(zhǔn)度與安全性。

在娛樂領(lǐng)域，XR技術(shù)提供的沉浸感，能為用戶帶來身臨其境的感受，提升人們的精神滿足感。同時，建立虛實結(jié)合的場景，讓人們的娛樂方式產(chǎn)生新的變化。2018年，MR產(chǎn)品亮相杭州“造物節(jié)”。用戶戴上一副眼鏡就可以進入虛擬與現(xiàn)實結(jié)合的世界，手指在空中輕輕一點，即可把喜歡的商品加入購物車。

在競技體育領(lǐng)域，XR技術(shù)的應(yīng)用讓傳統(tǒng)競技體育煥發(fā)了新的生機。今年6月25日，首屆奧林匹克電競周在新加坡落下帷幕，受邀參賽的中國跆拳道運動員吳靜鈺奪得第三名。競技臺上，吳靜鈺頭戴VR設(shè)備，身穿定位感應(yīng)裝置，與對手在虛擬空間展開較量。XR技術(shù)讓這位參加過4屆奧運會的老將再一次感受到競技的快樂。

XR技術(shù)正在加速融入更多領(lǐng)域。今年6月，國外某智能手機廠商發(fā)布了公司首款VR/MR設(shè)備。這款設(shè)備可以看電影、打游戲、瀏覽網(wǎng)頁、處理文件等。或許，不久后，我們的手機將會變成一個薄薄的鏡片。

忽如一夜春風(fēng)來

擴展現(xiàn)實技術(shù)在軍事應(yīng)用中前景廣闊

如今，XR技術(shù)最實質(zhì)性的突破，是實現(xiàn)了虛擬世界和真實世界最直接、最廣泛的交互，進一步拓展了人機交互的可能性。

隨著新一輪科技革命加速發(fā)展，XR技術(shù)與軍事作戰(zhàn)的融合性日益增強，國家信息技術(shù)戰(zhàn)略競爭力與軍隊?wèi)?zhàn)斗力的耦合關(guān)聯(lián)越來越緊密。

正是瞄準(zhǔn)了XR技術(shù)的革命性意義，以色列、美國、澳大利亞等國家目前已經(jīng)開始將其廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，以謀求在軍事訓(xùn)練、作戰(zhàn)中的新優(yōu)勢。

其中，以色列最先將XR技術(shù)應(yīng)用于軍事訓(xùn)練。以色列一個科研團隊基于MR技術(shù)開發(fā)出一款戰(zhàn)場APP。他們利用MR技術(shù)的實時計算、三維建模和手勢識別功能，操縱軍事地理模型進行高效的數(shù)據(jù)分析和策略演練。

美軍的XR技術(shù)運用較為廣泛。美軍建造了一個龐大的虛擬實景平臺，這個平臺可以模擬各種作戰(zhàn)地點，為士兵提供逼真的訓(xùn)練環(huán)境。同時，美軍還將MR技術(shù)與人工智能技術(shù)相融合，開發(fā)出一款用于作戰(zhàn)的集成增強系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，士兵可以通過數(shù)字空間實時訪問地圖繪制、目標(biāo)跟蹤、面部識別和文本翻譯等作戰(zhàn)工具，有利于快速識別戰(zhàn)場環(huán)境和立即處理作戰(zhàn)信息。

未來戰(zhàn)場上，XR技術(shù)可以提高士兵的作戰(zhàn)質(zhì)效。比如，利用MR技術(shù)的空間錨點以及追蹤定位功能，士兵可以快速確定其在物理環(huán)境中的位置，有利于提高武器瞄準(zhǔn)的精度并記錄、分析射擊數(shù)據(jù)；融合應(yīng)用XR技術(shù)與紅外熱成像、微光圖像增強等技術(shù)，特種部隊士兵可以在夜幕中快速識別友軍和敵軍；將MR技術(shù)與數(shù)字指南針結(jié)合起來，可以有效助力精準(zhǔn)打擊。

回顧人類發(fā)展歷程，科技正以前所未有的速度改變著我們的生活。XR技術(shù)等新技術(shù)快速發(fā)展，為人們帶來更為靈活、自由的數(shù)字生產(chǎn)生活方式，更好地滿足著各行各業(yè)的需求。未來，科技發(fā)展必將重塑人類與虛擬世界的互動方式，開辟一個全新的數(shù)字時代。（陶建霖 許凱）