[学子论文]虚拟现实何以超越拟态环境

摘要：虚拟现实技术是信息科技领域的又一前沿学科，其基本原理在于利用计算机高速处理数据的能力，及时地跟踪处理在实体感觉器官上的输入与输出信息。从本质上讲，虚拟现实是让主体得到一种实际上的感觉性的存在。虚拟现实具有“3I”（即交互性、沉浸感、构想性）特征，且以沉浸感表现为最核心特征。源自于李普曼的“拟态环境”是现实世界的图像缩微，为人们提供了相对简化的认知框架。本文认为随着虚拟现实的发展，拟态环境会被虚拟现实所超越。

关键字：虚拟现实；沉浸感；拟态环境

一、虚拟现实技术简述

虚拟现实（Virtual Reality，VR） 就是采用以计算机技术为核心的现代高技术生成逼真的视、听、触觉一体化的一定范围的虚拟环境，用户可以借助必要的装备以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用、相互影响，从而获得亲临等同真实环境的感受和体验。

虚拟现实技术充分利用计算机硬件和软件的集成技术，提供一种实时、三维的虚拟环境，用户借助必要的设备（如头盔，手套等）以自然方式与虚拟环境中的物体进行交互，从而沉浸于虚拟环境中，产生接近真实环境的感受和体验。虚拟环境是由计算机生成的实时动态的三维立体逼真图像，它可以是某一现实世界的再现，也可以是虚拟构想的世界。依托于多领域的虚拟现实，是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感器技术的基础上发展起来的一门交叉技术。

1929年，E. A. Link发明了一种飞行模拟器，使乘坐者实现了对飞行的一种感觉，被认为是人类模拟仿真物理现实的初次尝试。之后，电子计算技术的发展和计算机的小型化，推动了仿真技术的发展，逐步形成了计算机仿真科学技术学科。1965年，计算机图形学的重要奠基人Ivan Sutherland博士发表了一篇短文《终极显示》（The ultimate display），从计算机显示和人际交互的角度提出了模拟现实世界的思想，推动了计算机图形图像技术的发展。1966年，Ivan Sutherland等开始研制头盔显示器（head mounted display，HMD），随后又将模拟力和触觉的反馈装置加入到系统中。

1973年，M. Krueger提出了“Artificial Reality”一词，这是早期出现的VR词语。进入20世纪80年代，出现了几个典型的VR系统。1983年美国陆军和美国国防部高级项目研究计划局（DARPA）共同制定并实施SIMNET（SIMulation NETworking）计划，开创了分布交互仿真技术的研究和应用。1984年，M. McGreevy和J. Humphries开发了虚拟环境视觉显示器，将火星探测器发回地面的数据输入计算机，构造了三维虚拟火星表面环境。1989年，美国VPL公司的创立者Jaron Lanier提出了Virtual Reality一词，很快这一词语被研究人员普遍接受，成为这一科学领域的专用名称。

1990年，在美国达拉斯召开的SIGGRAPH会议上，对VR技术进行了讨论，提出VR技术研究的主要内容是实时三维图形生成技术、多传感器交互技术，以及高分辨率显示技术等。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会上，首次提出了VRML（Virtual Reality Modeling Language），开始了VR系统开发软件平台和建模语言相关国际标准的制定。1997年，美国标准与技术研究院使用VRML制造系统建模，探讨了VR技术在网络上的应用，希望将WWW变成一个三维的立体空间。

纵观虚拟现实技术的发展简史，可以看出，“虚拟现实”不同于幻想，与自然现实具有某种意义上的对等性。根据J. J. Gibson提出的概念模型，人的感知系统可划分为视觉、听觉、触觉、嗅味觉和方向感等5部分，这就要求VR表现技术不仅要给用户提供逼真的视觉感受，还要在听觉、力/触觉和嗅/味觉方面给出全方位的逼真表现。从技术上讲，虚拟现实的基本原理在于利用计算机高速处理数据的能力，及时地跟踪处理在实体感觉器官上的输入与输出信息。美国虚拟现实技术的先驱者F. Biocca就认为，虚拟现实技术可以看成是连接到主体感觉通道的一批可能的输入输出装置。

对于虚拟现实更为广义或者前瞻的描述则是“一种感觉感知的人工系统，将我们与自然实在区分开来，但是允许我们同样地或更好地操纵无力过程并同他人相互作用，同时为扩展我们的创造力提供前所未有的可能性。”然而目前的虚拟现实技术还处在发展之中，在虚拟环境的构造、实体的建模、多传感感知信息的接合、虚拟景物和真实景物的融合、分布式虚拟现实技术、虚拟现实系统开发平台、人机交互与人机交互设备、虚拟现实系统性能和应有结果评价等方面需要更多的研究。

二、虚拟现实的本质及特征

在技术的原创性思想里，虚拟现实是让主体得到一种实际上的感觉性的存在。“虚拟现实”中的“虚拟”就是借信息转换的技术手段而实现的一种人与计算机共存的状态。因为虚拟现实既不是有形的物理现实，也不是根本不存在的虚无，它是一种特殊的存在，是一种人造的电子环境，即不能简单地把它归为意识。虚拟现实作为计算机与网络技术的融合，本质上就是一种新的传播方式和交流工具。

迈克尔·海姆（Michael Heim）从《韦氏词典》（Webster’s）中对“virtual”和“reality”的解释出发，认为“虚拟现实是实际上而不是事实上为真实的事件或实体。”而通过总结先驱者对于虚拟现实的研究，海姆提出了虚拟现实的7种不同方面：模拟性、交互作用、人工性、沉浸性（意味着在一个虚拟环境中的感官沉浸）、遥在（telepresence，以远程方式于某处出场）、全身沉浸（计算机与人不需要外加其他电子装置就直接可进行交互）、网络通信（虚拟世界引出前所未有的共享方式，使用者可以自行规定并塑造虚拟世界中的物体和活动，可以不用文字或真实世界指称来共享幻想的事物和事件）。在他之后提出的更为狭义的虚拟现实中，又描述了虚拟现实作为一种主体认识的新技术，所表现出三个“I”的特征，即身临其境的沉浸感（immersive）、人机界面的互动性（interactivity），以及实现远程显现的信息强度（information intensity）。

而当下最广为接受的概括则来自于Grigore Burdea和Philippe Coiffet，他们在著作《虚拟现实技术》中指出，虚拟现实具有三个最突出的特征，即人们称道的“3I”特性：交互性（Interactivity，主要是指参与者通过使用专门输入和输出设备，用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作的程度）、沉浸感（Illusion of Immersion，指参与者在纯自然的状态下，借助交互设备和自身的感知觉系统，对虚拟环境的投入程度）和构想性（Imagination，指借助虚拟现实技术，使抽象概念具像化的程度）。也有研究者认为在“3I”之外，还需要加个“M”，即全息性（Multi perceives，指虚拟现实系统能提供的感觉通道和获取信息的广度和深度）。

虚拟现实最核心的特征无疑是沉浸感，能让使用者产生自己似乎完全置身于虚拟环境之中，并可以感知和操控虚拟世界中的各种对象，而且能够参与其中各种事件的逼真感觉。虚拟现实在传播学范畴内的沉浸感特征则主要体现在使用者身体的感知系统和行为系统。目前虚拟现实在视觉、听觉和触觉方面的模拟已经比较成功，特别是由于人的感知有80%以上来自视觉，使得视觉系统成为人的沉浸感的最重要因素。在人类行为系统姿态、方向、运动、饮食、动作、表达和语言七个子系统中，虚拟现实对方向、表达和语言三个方面的表现已经较为成熟。

三、何为“拟态环境”

众所周知，“拟态环境”（pseudo-environment） 的概念最早是由美国新闻评论家和作家沃尔特·李普曼（Walter Lippmann）引入新闻传播学界，1922年，他在著名的《公众舆论》（Public Opinion）中对拟态环境进行了详细地论述。在该书的导论（即第一章：外部世界与我们头脑中的景象）中，李普曼有如下经典的描绘：

“追溯既往就可以看到，我们在认识我们仍然生活于其中的那个环境时是多么地迂回曲折。我们可以看到，它带给我们的消息时快时慢，但只要我们信以为真，我们似乎就会以为那就是环境本身。”

“我们尤其应当注意一个共同的因素，那就是楔入在人和环境之间的虚拟环境。他在虚拟环境中的表现就是一种反应。然而，恰恰因为那是一种表现，那么产生后果——加入它们是一些行动——的地方，就不是激发了那种表现的虚拟环境，而是行动得以发生的真实环境。……毫无疑问，在社会生活的层面上，人对环境的调适是通过“虚构“这一媒介进行的。……我说的虚构并不是指制造谎言。我指的是对环境的描写，而这个环境在某种程度上是人类本身创造出来的。”

“直接面对的现实环境实在是太庞大、太复杂、太短暂了，我们并没有做好准备去应付如此奥妙、如此多样、有着如此频繁变化与组合的环境。虽然我们不得不在这个环境中活动，但又不得不在能够驾驭它之前使用比较简单的办法去对它进行重构。人们环游世界就必须要有世界地图。”

从中可以总结出李普曼关于拟态环境的基本看法，他认为拟态环境是现实世界的图像缩微，为人们提供了相对简化的认知框架。人们通过媒介所塑造的拟态环境间接地了解现实的社会环境，对现实的社会环境做出调整的，人们所采取的行动最终又是作用于现实环境的。在郭庆光所著的《传播学教程》中制作了“大众传播时代人与环境的互动关系”的图示，较生动地体现了李普曼的观点，如图：

在这里，拟态环境是与现实环境相对的一个概念，拟态环境是从现实环境中抽取出来的一部分，现实环境是全貌，拟态环境是局部。现实环境是拟态环境的母本。而两者的区别在于，现实环境是实实在在的物质环境，拟态环境是通过大众媒介有选择性地“提示”现实环境中的客观变动而结构出一个符号化的信息环境。核心观点即主观世界对于客观世界的理解和建构是存在偏移的，是一种拟态的现实。

四、虚拟现实对拟态环境的超越

麦克卢汉（Marshall Mcluhan）“媒介即人的延伸”的理论可谓历久弥新。统一、回归与和谐都是通过技术手段达到的，感官和谐的原则是麦克卢汉技术人文主义的一个基础性观念，在这个原则中，当媒介的能力发挥到极致，每个感官都有公平关系的互相运作潜能。当媒介发送必要的信号让各感官相应运作的时候，通信就变得具有透明、直接、完整和当下等内在的特点。

虚拟现实技术作为一类把“虚拟”和“现实”链接在一起的方式，可以将认知主体置身于虚拟环境之中，并通过特定的语言来实现或完成虚拟的认知过程。从技术内涵上讲，当人们最初开始使用电话等作为中介进行远距离实时沟通时，就已经开始走向了虚拟世界。而利用当下已经出现的一些虚拟现实技术，人们不仅能把抽象的符号语言转化为可以直观地把握的多维图像，而且能从模拟中获得新的知识。随着虚拟现实技术的进一步发展和成熟，人们原则上能够做到在计算机中建构一个与真实的物理系统无法区别的虚拟系统，并通过对虚拟系统的认识来达到对真实的物理系统的理解，而这个虚拟系统从本质上看是人类所获得或创造的知识的外化和展现，或是数字化的电子载体上的一种人工想象。

李普曼所谓的拟态环境是经由文化互动而构造的言谈空间、交往情境和意义场域，结合20世纪著名哲学家卡尔·波普尔（Karl Popper）三个世界的理论 ，拟态环境即存在于世界3之中，世界3的最主要构成就是用文字或其他符号所表述的科学理论、文学艺术等人类的精神产品，这些已经随着信息技术的发展以电子形态存在了，也就是知识载体的虚拟化。世界3的实在性是根据它与世界1之间存在着相互作用，这种作用需要通过世界2作为中介才能发生，因而是间接的；而对于虚拟世界来说，不仅来自于计算机和网络，也已经可以由虚拟现实技术创造，其中的客体既可以与人的精神状态相交互，也能与世界1直接发生作用。

因此，虚拟现实创造的新世界与物理世界有着某种对等性。虚拟现实是计算机发展的产物，计算机程序的本质就是计算；而物理世界经由物理学描述，也是由数学符号所表达出来，同时通过抽象出物理系统的计算过程并在计算机中加以实现，也有可能达到对物理系统本身的认识，因而物理系统的本质也是计算。虚拟现实与物理世界在本质都是计算层面的对等性是包括拟态环境在内的世界3所远远不及的。也就是说，虚拟现实对拟态环境实现了超越。（作者系武汉大学新闻与传播学院网络传播系）

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