我们离真正创造元宇宙还有多远----
--浅谈影视剧中的VR实现分析
by:奈虚蘑菇
【摘要】
当今世界的VR是使用VR眼镜，通过计算生成的图像和声音给人带来沉浸式的体验，本质上还是改变人的视觉和听觉。但是我们在影视剧《SAO》中，作者提供给我们一个新的思维，直接对大脑进行信号转换，通过隔断大脑对身体进行电信号传输的方式，利用计算机在人类的大脑中形成图形，利用数据模拟人类的五感。我们将对该描述进行尽可能还原产品的设计架构，同时探讨原理和可行性。
【关键词】
电信号 信息传递五感 隔断信号 模拟
目录
我们离真正创造元宇宙还有多远---- 1
--浅谈影视剧中的VR实现分析. 1
【摘要】. 2
介绍. 3
VR machine与NERvGear 3
Virtually Reality 3
VR眼镜构造. 4
文艺作品中的VR设备NERvGear 8
NERvGear实现困难. 12
信息接收. 12
信息量问题. 12
身体信息. 13
技术困难. 13
脑机接口. 14
体外信号阻隔. 14
设备轻便化. 15
相关法律法规和伦理道德. 15
人权问题. 15
性别与婚姻. 15
逃避现实主义. 15
对于VR技术的展望. 16
结论. 16
引用. 16
介绍
1965年，Ivan Sutherland发表论文“UltimateDisplay”（终极的显示）；1968年，Ivan
Sutherland研制成功了带跟踪器的头盔式立体显示器（HMD）；1972年，NolanBushell开发出第一个交互式电子游戏Pong。(汤朋 and 求知导刊, 2019)
从此人类有了真正意义上的Virtual Reality 设备。2020年，Valve利用起源引擎开发了《Half-Life alyx》，这款游戏是完全的VR平台独占。游戏用的是FPS（第一人称射击游戏）方式。为整个电子游戏圈掀起一阵热潮，VR即将成为一场新的游戏载体，将带来更好的交互式体验。2021年，原facebook公司改名为meta。公司表示进行元宇宙的开发。其中元宇宙将利用新技术，例如5G网络，云服务，VR，在后疫情时代带来新的消费方式。但是我们再将视角回到过去，在VR技术还没被关注的时候，2002，在日本网络小说平台WorldGear上，川原砾对未来的VR技术进行了畅想，从未想到在2009年作为轻小说发售后，即便是行业外的一般网民和游戏玩家也将视线投入过来，但是在作者畅想的这部小说他的运行机理和现在存在的VR完全不同，我们将通过小说中的VR机器设计与现存在的VR进行对比。在技术上讨论技术的使用方式。最后讨论VR技术的使用前景。
VR machine与NERvGear
我们先对现在的VR眼睛进行一个简单的介绍，同时介绍小说中的VR设备NERvGear。
Virtually Reality
简称虚拟技术，也称虚拟环境，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉等感官的模拟，让用户感觉仿佛身历其境，可以即时、没有限制地观察三维空间内的事物。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界影像传回产生临场感。该技术集成了电脑图形、电脑仿真、人工智能、感应、显示及网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由电脑技术辅助生成的高技术模拟系统。(苏建明 et
al., 2004) 从技术的角度来说，虚拟现实系统具有下面三个基本特征：即三个“I”immersion-interaction-imagination（沉浸—交互—构想），它强调了在虚拟系统中的人的主导作用。从过去人只能从计算机系统的外部去观测处理的结果，到人能够沉浸到计算机系统所创建的环境中，从过去人只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息发生作用，到人能够用多种传感器与多维信息的环境发生交互作用；从过去的人只能以定量计算为主的结果中启发从而加深对事物的认识，到人有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识从而深化概念和萌发新意。更加强调了一般用户对电脑系统的交互性，让计算机系统更加方便一般用户的操作。
VR眼镜构造
外部
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10.眼睛框，11为眼罩，其他部分为头戴和适配人类头部的结构
该图为VR外观示意图，如图所示，用户将眼睛戴在自己的头上，上面的头带模仿安全帽的内部，，眼前的视觉通过眼前眼镜带来的图像改变用户认知。
内部构造
要想了解内部构造，首先要了解Vr眼睛的原理；
处理器对图像进行操作，将图像放到显示器上给用户观看。用户通过透镜来看显示器的内容，同时，因为三维视角下，我们要考虑用户的视角，人类的眼睛只有不到60°的有效视线区。陀螺仪对客户的所在的物理位置进行定位。通过用户不同的存在位置进行图像的旋转和变换，带给用户近乎全方位的视线体验。配合VR手柄，对图像进行操控和交互，手柄将信息发到处理器上，处理器处理图像发给显示器，形成循环。
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（主视图）
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（侧视图）
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（俯视图）
一般来说在我们拆开眼镜的时候，会发现内部的显示器会出现两个图像，这是因为我们的眼镜视角其实和我们想想的并不一样。我们往往认为眼镜里面只播放了一个录像，其实是每个眼镜单独放着同一个图像
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VR手柄是用户在与VR眼睛中看到的图像进行交互。一般来说这种装置也可以帮助用户在VR图像中进行定位。
目前来说VR设备还是更多用于游戏产业，2020年年末出现的《half-life alyx》将VR游戏推向了风口浪尖，大家心心念念的VR交互头一次真的在现实中出现，一时间,VR设备销量突破历史新高。
但是技术的革新并不是一蹴而就，很快，VR设备产生的VR眩晕症成为热谈，因为游戏《half-life alyx》考虑到玩家可能没有能力创造一个20*20平米的房间，所以游戏的移动是根据手柄进行的。人类的大脑因为视觉系统与人体的协调不均，对平衡系统和本体感觉产生不均。导致产生VR眩晕。(赛先生, 2017-03-31)。而且VR设备本身产生的重量问题，现在的VR设备还不能满足我们的想法，未来还有很长的路要走。
文艺作品中的VR设备NERvGear
外观
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就外观而言，猛然看像是摩托车头盔，将整个头部完全包住的外形，可以看到在面部周围有一些提示灯和控制按钮。
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从剧情中可以看见，可以直接头戴，代表设备本身的重量不会特别的重，至少不会压断脖子，网上并没有相关的重量。
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使用方式跟我们使用的VR设备不同，使用者不用通过手柄等交互工具，在使用期间，使用者不能对身体进行控制。用户只能通过第三方来脱掉头盔或者在系统中主动切断链接。
内部构造
影视剧中的VR设备是通过阻拦在中枢神经的传递信号，将中枢神经的电信号传递到头部的机器中，机器通过大脑传播的信号对游戏中的使用者操纵的角色进行控制。
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中枢信号阻断器在靠近头部的颈椎处，在这个地方的信号阻断对身体的传输然后将信号发给信号转义器，信号转义器将大脑的电信号转换为操作系统的指令，
指令传给指令处理器或者说是CPU，CPU对图像生成器进行控制和改变，图像生成后将信号原路返回，中枢信号阻断器将电信号通过传输器转给大脑。
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（侧视图）
因为信号阻断器只能阻断脖子一下的电信号指令，为了还原使用者的面部表情和情绪具体特征，目镜可以监视使用者的表情和面部肌肉。心率和体征监视器可以监视使用者的身体状态，在使用者的身体状态出现异常机器可以直接切除对设备的链接。
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（俯视图）
通过这种方式，跟已知的现实存在的VR设备不同，这个虚拟的设备中，不再通过影响人类的五感进行交互，而是直接对大脑的感受系统进行操控，因为成像也不需要显示器，而是通过技术直接在人脑成像。
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（游戏中生成的图像）
这种技术想法诞生初衷应该是跟一些帮助高位截瘫的病人用来沟通的电脑类似，利用面部肌肉和眼镜的扫描进行对信息沟通的操作，类似霍金用的电脑。(孙波 et al., 2015)
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然后我们再聊聊关于他将脑部的信号拦截传给机器的CPU的过程，这个技术在现实也是有原型的，那就是脑机接口技术。
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(量子位, 2020-08-19)
是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间创建的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，电脑接受脑传来的命令，或者发送信号到脑，但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。(Levine et al., 2000)但是目前还没有将信号在体外拦截的方法。生理学上如果切断电信号的传输就代表将将脊椎切断，这肯定是不可行的。但是纯粹的大脑交互还是可以的。
虽然作为VR设备的可行性是很低的，但是相比于现实存在的VR的设备，这种产品将带来更强的交互性，甚至可以解决当下很多的社会问题和时代问题。
NERvGear实现困难
信息接收
对于作者的描述，该设备的最终想要完成的是对假想世界的创造的可能性，也就是在将人的大脑放在游戏中的人物的躯体中。某种意义上是一种将自身放到另一个宇宙中，虽然这种设备存在会催生社会逃避主义的诞生。但是这个设备的产生的问题，也在原著中提出过，那就是信息接收问题。在这里我们分成两部分，一是信息量问题，另一个是身体信息。
信息量问题
从文字，到图像，再到视频。如今的 视频最高清晰度可以导到8k，对于人类来说，这些进步本质上是信息量的增大，我们得到的信息越来越多，信息量的多少将影响我们的大脑，我们的大脑将根据信息量的多少确定物体的实际反应，虽然大脑能接受的信息量是有极限的，但是就现在的VR设备而言，要想做到与现实世界以假乱真的地步，至少要达到16K，180帧的分辨率(张文波 et al.,
2016)。这只是图像，在这种假想设备中，你要考虑人物在使用设备中体会到的感觉，单纯的单质也好说，但是假如说加入不同材质，甚至是生物体，毛皮，心跳，血液流动，体液分泌这些都是需要考虑到的，先不说是否能将这种达到人类的感受极限，我们真的可以将身体的感受模拟成电信号传给大脑都是一个问题。看似只是几个简单的角度，但是每个感受器的增加都是一个维度级别的信息量，单纯的物理传输结构是否能够这样量大的信息传输，同时可以保证设备的重量可以不会压断人的脖子。
虽然在另一个角度上，我们可以将信息传输到网络服务器，只要带宽足够高，也是可以保证在信息的巨量传递。要想实现这种方式，首先要考虑5G网络的使用。目前，2016年11月17日国际无线标准化机构3GPP第87次会议中将控制信道标准设为极化码技术（polar code）数据信道标准设定为LDPC编码技术(Sharma and Salim, 2017)。虽然作为信息传输技术来说，两者都已经逼近了香农极限。(Shannon and review, 2001)但是5G目前的基站还不足以保证这样大功率的设备达到家用级别。
身体信息
在作品中，我们尝试拦截中枢的电信号来将身体数据传输到服务器中，来实现服务器中的人类的身体动作和模拟人类的身体情况和活动，但是就目前我们对身体进行的研究程度来说，人类的身体活动并不仅仅完全依赖于大脑，激素的调节，简单反射神经弧带来的膝跳反射，就现实而说，仅仅把大脑放进营养液中就可以让灵魂飞升还是不切实际的。
其中激素调节就是一个因素，虽然激素很多还是靠大脑调节的，但是很多激素就是不完全是大脑的参与，比如性激素，女性的雌性激素在45岁左右开始分泌量减少，这个年龄段的妇女就会陷入所谓的“更年期”(殷冬梅 et al., 2013)，激素的反馈会影响虚拟世界中的人类，假如设备按照20岁的年龄给女性角色带来相应年龄的激素分泌感受，那么对于现实中的人类无异于带来了活力和幸福感，某种意义，这是一种新的毒品。
其次就是身体对大脑反馈，比如泌尿神经和痛觉感受器，在阻断中枢神经之后，那么身体带来的感受也将无法反馈到大脑，比如像泌尿系统带来的反馈，大脑无法处理，身体接收不到信息，那么大小便失禁是小，更严重的还有可能身体的神经带来的迟钝效应，导致大脑无法接受神经的反馈带来的功能性高位截瘫。
技术困难
设备通过对大脑的直接干涉，技术上的实现将考虑脑机接口，体外信号的阻隔，设备的轻便化。
脑机接口
虽然大家对与脑机接口这种存在技术十分期待，但是这种技术目前仅仅用于医学上的假肢使用上，最广泛上是人工耳蜗，实践上讲神经假体可以和神经系统的任意部分相连接，如外周神经系统；而“脑机接口”通常指一类范围更窄的直接与脑相连接的系统。目前三种的脑机接口的形式：侵入式，非侵入式，部分侵入式，(杨立才 et al.,
2005)三种目前仅仅只能对简单的神经进行反馈和延伸，还不能对大脑成像，而通过实时成像，目前研究还没能到达这种地步，脑机接口目前只能是个合理的幻想。
体外信号阻隔
目前还没技术能够将信号通过皮肤为介质进行阻隔，作品中对这种技术的描述更多的是借鉴的《黑客帝国》的头部插口进行的联想。但是《黑客帝国》中的头部插口甚至不是网线二是电线。
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(Wachowski et al.)
就目前的技术来说，想要在人类的身体内通过非接触的方式进行反馈，能想到的技术就是超声波探测，目前有用超声波去除子宫肌瘤的，利用超声波易聚焦、可穿透皮肤及软组织的特性，对肿瘤组织进行高温灭活，以达到清除病灶的目的。(彭晶晶 et al., 2010)但是不知道这种技术是否可以进行对神经中枢的操作。就算可以，目前也没有临床的实验能对这种方式进行操作，谁也不能保证对人的 神经不带来损伤，而且超声波可能会对人的脑部带来一定损害。就超声波技术而言，还不能让其作为这种功能的替代技术。
设备轻便化
高处理的CPU，5G信号发射装置，身体信号感受器，电信号转换器，这些大大小小的设备能否轻便化也需要一定的时间。现在最实际的就是将这些功能放到云服务上面。利用云系统进行设备的运行，那么对于设备使用者就相比多了一笔新的费用，云系统的服务是利用租用的方式付费的，但是云服务对网络带宽的要求是更上一层楼的。
但是云服务所属的用户信息根据不同国家的法律法规，数据存放，都将是一个新的困难，但是这也是相比于其他的问题最为简单的解决途径。
相关法律法规和伦理道德
小说中对这种技术产品已经设想了几种社会问题。每一种都对当代社会都是一次很深刻的质问，虚拟世界的真实化，完全潜行技术的实现对于现实世界，可能弊大于利。
人权问题
在虚拟世界杀人，会怎么样，虽然是游戏，玩家杀死玩家本身不是什么问题，但是几乎无限逼近现实的世界造成的杀人事件，甚至杀人的感受，被杀的感受都极度的逼真。这种情况下pvp游戏算不算是人身伤害。
因为在虚拟世界，现实中的法律是否可以约束虚拟世界的玩家，买断制，奴隶制是否可能因为这样虚拟世界的产生而重新萌芽再生，到时候是否会干涉现实世界形成新的社会问题，这都是未知的。
性别与婚姻
一个现实中为男性的人，在游戏中成为女性，然后跟游戏中的男角色结婚，生了程序的孩子，那么在极度逼真的世界，该玩家是否为同性恋。至少在中国同性恋是不合法的。
一个已婚人士，在游戏中有着跟别人的婚姻，甚至在游戏中两人生活在一起，网络游戏兴许存在这种问题，在这种几乎将身体舍弃的空间中，这种行为是否是重婚罪。我们无法进行一个度量。
逃避现实主义
即便是现在的社会，也存在着电子竞技运动带来的资本情况，打游戏现在也是可以赚钱的，那么我们在这种的世界中打游戏如果可以获得真实世界的货币，那么人类将没有在现实世界生活的必要，只要在虚拟世界过的好，可以获得好的成绩，那么现实世界对于这些人来说，仅仅只是一个选择，可以逃避的选择，你可以在这个世界拼凑出理想的伴侣，获得敬佩，在现实社会则要忍受社会的不平等，这种现象或许将成为一些人的通病。
对于VR技术的展望
通过以上的描述，影视剧中的VR设备无论的实现无论是技术上还是社会接受度上都是一时间难以接受的，当我们将眼光放到现存的VR的设备。
那么仅仅改变感受方式的VR是否可以有着除了游戏之外更大的价值。
2021年10月18日，原Facebook公司正式改名为meta。元宇宙，在2021年成为互联网界的热词。(meta, 2021)。在公司的介绍页面，5G，云端，智能眼镜。
在现在的后疫情时代，宅在家从一个个性名词变成一个人人都要尽可能遵守的常态。外面的病毒肆虐，呆在家的这段时间，电子游戏产业，流媒体产业飞速发展，去年的国内生产总值超过2000w亿。人类是需要精神生活的动物，大家逛街可能并不单纯是为了买东西，是为了通过体会逛街和朋友相处的快乐，健身房锻炼也不单纯是为了健身，而是有着跟相同爱好的人一起讨论的机会。本质上，人类作为群居动物，还是有着社交的需求的，这种需求为虚拟产业带来了活力与生机。
在元宇宙的设想中，通过5G网络，构建起云服务，通过云的方式链接VR设备，每个人都可以通过VR眼镜的形式，在自己家的跑步机上模拟逛街的感觉，学术界在通过自动通过网络切换衣服的技术(耿玉磊 et al.,
2011)形式已经出现了。技术实现也是时间问题。
在这种改变的过程中，VR将是像手机一样的工具，但是人们不再体会的是操作系统，而是游戏，通过游戏的交互方式，达成次世代的对于社交的新概念，这也是元宇宙的产生的最大产品意义。
同时在医疗，工程，设计方面，VR技术也将为业界带来新的变革。
结论
虽然设计上NERvGear的产品出现是有可能性的，但是这种可能性，无论是技术上还是伦理上，当前的技术能力和社会形态都还没到可以接受的程度，但是把目光放在当下的VR产品上，虚拟技术的未来其实也是存在产业革新的曙光。我们所处的维度和宇宙法则决定了我们无法对未来进行准确的预测，但是并不是想象落空未来的想象就停止了，古人想用翅膀飞上天空，但是现在发现人类无法通过生物学的方式长出翅膀飞上天空，但是谁也无法想象，利用钢铁和金属。汽油就可以生产出二战时期的战斗机。未来可能只是实现方式不一样罢了。
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