数字技术研究

数字技术研究(世哲手册)

556

第23章 多用户技术评价的实验室研究与现场调研比较

557

数字技术研究(世哲手册)

558

第23章 多用户技术评价的实验室研究与现场调研比较

559

数字技术研究(世哲手册)

560

第23章 多用户技术评价的实验室研究与现场调研比较

561

第24章 无处不在的虚拟现实环境

引言

过去五年来，有关无处不在的虚拟现实(ubiquitousVR)的研究让虚拟现实与普适计算技术的协同效应发挥到了极致。虚拟现实一词是指可以在真实空间及想象空间模拟某些场所的物理存在的计算机模拟环境(Steuer,1992)。在《捍卫机密》(JohnnyMnemonic,1995)和《阿凡达》(Avatar,2009)等电影的推动下，虚拟现实概念广泛地出现在大众媒体中。在此类包含有虚拟现实主题的电影中，具有感知力的程序通过虚拟现实设备与人类进行互动。普适计算创造了计算的一种范式转移，即从面向技术的体验转向以用户为中心的体验。普适计算中的技术是无形的，存在于我们日常生活的各个领域，无论我们是否觉察到了它们的存在。韦泽(Weiser)称之为“宁静技术”(Weiser，1991)。在普适计算中，我们可以使用放置在办公室、墙上、衣服、汽车、飞机、器官等处的计算机，而不会关注到其所使用的技术。比如，在我们驾车时，我们的关注点是在道路或行人身上，而不会注意到引擎的运作。有些电影为普适计算世界提供了例证，比如《少数派报告》(MinorityReport,2002)中的手势界面。

无处不在的虚拟现实可以定义为在普适计算环境中实现了虚拟现实，即让虚拟现实渗透进我们的日常生活中(Kim et al.,2006b;Lee et al.,2009a)。无处不在的虚拟现实有一些基本属性，比如现实、情境(即用以描述某人、某地、某种设备或某个时间处境的信息)及人类活动(Leeet al.,2009a)。无处不在的虚拟现实支持在双重(真实与虚拟)现实空间情境中的人类社会联系。因此，无处不在的虚拟现实环境可以说是未来的智能环境，届时，普适计算与虚拟现实技术都已得到实现(Lee et al.,2009a,2009b)。

374

562

无处不在的虚拟现实技术创造并管理数字内容(如文本、图像、声音与视频；Kim et al.,2009,2011)。这些创造出来的内容通过情境完美地将虚拟内容显示到物理设备上，从而刺激着用户感受(Oh et al.，2011)。虚拟内容是指一些数字内容，用户为了使用虚拟空间信息而将其当作元数据。无处不在的虚拟现实环境的内容涉及通过情境产生关联的虚拟空间信息与现实空间信息。比如，某个智能房间里的虚拟人物，会根据现实空间中的情境做出适应性行为(Kimet al.，2011)。这个虚拟人物可以从虚拟空间移入现实空间，反之亦然。虚拟人物可直接控制物理设备，并明智地做出响应。无处不在的虚拟现实环境中的内容在用户的参与过程中被创造、维护、分享、演变与消耗。在该内容生命周期基础上，形成了一个可持续的内容生态系统。维持这样的内容生态系统有几个研究难点。这些难点涉及内容创造、用户间内容分享与扩散、消耗与破坏。

随着Web2.0范式内互联网服务的增加，也诞生了服务生态系统，并经由用户参与而得以维持(O'Reilly，2005)。互联网博客管理着用户记录，并通过与其他用户的社会关系而进行信息共享。比如在“第二人生”中，用户通过虚拟空间中的社会联系来实施各类活动(SecondLife,2012)。在媒体共享网站，比如YouTube或Facebook上，用户上传自己的照片或影片剪辑，分享给有社交关系的用户(YouTube,2012;Facebook,2012)。LinkedIn通过用户个人资料与环境信息，向用户推荐相关信息，让用户彼此建立社会联系（LinkedIn，2012)。这些在线网站通过与其他人分享信息与知识，在推进用户的社交关系方面发挥了重要作用。Twitter是一个基于网络的社交服务平台，提供短信息服务(SMS;Twitter,2012)。在Twitter这个环境中，用户可以撰写信息并与他人实时分享。近来，各种Web服务已开始通过连接各种异质服务，如地图、就业机会、租赁信息及图片等，为用户提供新服务。在这些开放的Web服务环境中，用户可自由参加社交网络，创造并分享内容。此类网络环境可以维持其内容生态系统。通过将现实空间与虚拟空间相混合，这种可持续的内容生态系统也可以在无处不在的虚拟现实环境中实现。

本章将探讨与无处不在的虚拟现实系统相关的各个概念，这些系统认为虚拟现实的多个方面同样适用于物理空间。随着新的计算技术的出现，本章给出了无处不在的虚拟现实的定义，列举了其关键特征，描述了其在不同情景中的应用。除此之外，本文还利用各个研究领域的多个概念描述了无处不在的虚拟现实。

第24章 无处不在的虚拟现实环境

375

563

未来的计算环境

人们开发了无处不在的虚拟现实来实现现实空间与虚拟空间之间的无缝对接。无处不在的虚拟现实创造了智能空间，将现实空间与虚拟空间相结合，提升人们的生活质量。使用技术将现实与虚拟空间相结合，各类实体(如传感器、设备、场所、用户、执行器、内容、服务等)的布置也相互交织在一起。本章用实例说明了能够模拟智能空间的无处不在的虚拟现实环境，将新的虚拟实体补充到现有的现实实体中，反之亦然。

概念化

从历史上看，无处不在的虚拟现实包括来自不同研究领域的好几个概念。1991年，马克·韦泽(MarkWeiser)探讨了嵌入到我们日常生活中的普适计算与计算资源。20世纪90年代，麻省理工学院与卡内基梅隆大学对移动增强现实版的可穿戴计算进行了积极研究。1997年，阿祖马(Azuma)提交了一份调研报告，研究的是使用户看到与虚拟设备相结合的现实空间的增强现实技术(AR)。使用增强现实，虚拟实体被增加到某个现实空间中，仿佛该虚拟实体原本就存在于此现实空间。史蒂夫·曼恩(SteveMann，1997)对自已发明的可穿戴计算机进行了描述，他将之称作一种工具，用以描述可移除某些不想要的设备的现实。基于这样的历史背景，研究人员可以思考这些计算范式在未来会如何变化。2005年，无处不在的虚拟现实被描述为“一种将虚拟现实与普适计算相结合的新范式，可以根据用户的情境或环境为用户提供各种应用”(Lee et al.，2009a)。此处所说的“情境”是将虚拟现实与普适计算相结合的一个关键因素。为了实现这一目的，李等人（Lee et al.，2009a)明确提出了基于现实、情境与人类活动的无处不在的虚拟现实的几个关键特征。

376

数字技术研究(世哲手册)

564

普适计算

通过将各种计算资源投入我们的日常生活空间，未来的计算环境将能提升人机之间的交互。过去十多年里，计算技术得到了稳定的发展。被称作“第四次革命”的普适计算正反映在我们的日常生活里（Weiser，1991)。普适计算环境包括智能家居、智能办公室、智能汽车等。智能家居是普适计算环境的一个代表，由于其规模较小，所以易于实施。与智能家居相关的重要研究也有不少，其中包括Adaptive House(科罗拉多大学；Mozer,1999)、AwareHome(佐治亚理工学院；Dey etal.，1999)、EasyLiving(微软研究院；Shafer,2000)及House\_nProject(麻省理工学院；Intille,2002)。相关研究关注的多为基础设施的用户界面，以及其如何提供满足用户意图的服务。此类相关研究也支持便捷的以用户为中心的界面及对普适计算环境的智能控制。

情境感知

普适计算环境需要情境感知与智能服务。智能服务对于未来的计算环境尤为重要。而且，我们必须进一步发展情境感知技术，明白情境信息该如何应用于各类智能服务传感器与应用程序的设计中(Dey，2001)。研究人员已集中关注到了许多计算研究中讲到的情境感知系统(Schilit et al.,1994;Oh et al.，2010)。多数系统在开发时使用了感应器，这些感应器适用于不同的情境。结合了多个感应器的系统可根据所处情境来产生不同的结果(比如个性化服务）。比如，某智能空间中的媒体控制系统能根据用户的个人资料向其推荐媒体内容，该系统还可以基于从嵌入式传感器输入的情境信息，对空间进行控制。作为首批商用情境感知型应用，位置感知应用(如汽车导航系统)与基于位置的服务证明了情境感知系统的有用性。人们尤为感兴趣的是支持情境感知的系统的生命周期演化(如模拟、安装、故障排除、维护，补充新实体，移除旧实体及更新系统元件）。

近年来，人们开发了各种类型的软件架构来支持情境感知系统。案例来自各个领域，包括Context-Toolkit（Salber et al.，1999)、TEA context acquisitionarchitecture(Schmidt etal.,1999)、JCAFmiddleware(Bardram,2005)及UCAM(Ohet al.，2010)。正如近来的某项研究所指出的，从传感器中获得的情境数据的算法架构的提升可以简化大规模计算环境的情境感知系统的初期发展阶段，处理大量感知数据(Ohet al.，2010)。因此，系统必须对来自各种传感器的情境输入进行处理。

第24章 无处不在的虚拟现实环境

565