来源：第三维度     编译：王健亨
     当你正在用显微镜观察细微物体的时候，想象一下，你可以走进显微镜内的世界；或是正在火星进行拍摄的机器人，你可以走进镜头另一侧的世界，那个我们所看见。很好，欢迎来到高分辨率虚拟现实视景仿真系统CAVE2。
     保罗·伯宁顿（Paul Bonnington）教授周围是是一个褐色的荒凉世界，布满了尘埃和砂砾。随着他的步伐，我们从一个贫瘠的小山谷穿过了起伏的丘陵和石崖。“欢迎来到火星。”他说。
     保罗·伯宁顿（Paul Bonnington）教授带领我们参观了这个的荒漠景观，我们星球的邻居。它是如此的真实，当你被这样高大一个显示屏包围的时候，就好像你真的处于这样一个荒凉的世界，甚至你还会想抓一把土壤、捡一块石头作为纪念物。


     经过旁边工作人员的一系列操作之后我们回到了地球，但是眼前的情景不仅仅没能为我们带来熟悉感，事实上，他却给我造成了更大的震撼。因为我们发现我们正行走在一个“大脑”之中。我们周围的一切，就像是让人眼花缭乱的面条一样。伯灵顿向我们解释了这个空间，这些大型彩色编码管是连接左右脑的大脑神经元回路 ，左右脑通过纤维产生交流,从而作为一个整体运作。这些红色，绿色，紫色的“管子”看起来像是没有边际一样。


    这些就像是在科幻电影里看到的一样，大脑神经元回路、火星的荒凉景色，看起来都是那样的真实。正是这种先进的可视化工具为研究人员提供了新的视野，帮助他们发现了普通手段不可能发现的事物，无论是显微镜的微观世界还是银河系这种宏观视野。
      时间和空间
     CAVE2之所以有穿越时间和空间的能力，是因为他拥有360度环绕、8英尺高的LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）屏幕，通过这个屏幕为你展示的3D图像可以为你带来真正的身临其境。保罗·伯宁顿教授站在莫纳什大学（Monash University）的虚拟现实平台CAVE2TM（最新版本的可视化技术，由由芝加哥的伊利诺伊大学开发。）中向我们演示。    

    进入一个由弯曲屏幕所构成的房间，带上特殊的3D眼睛，观众被这个屏幕产生的图像包围并沉浸其中。这些由图像技术特殊处理过的图片或影像可以为你提供很多细节和发现。带上一副控制“跟踪”眼镜，观众不仅可以观看图像还可以操作图像，你可以围绕着目标走动，从各个角度去观察他。        “这种独特的沉浸方式为在科学探索的过程中进行观察和发现开辟了一个新的途径。”伯灵顿教授说道，蒙纳士大学研究中心（Monash eResearch Centre 简称，MeRC）主任，在墨尔本（Melbourne，美国佛罗里达州东部城市）克莱顿（Clayton）的莫纳什大学监督了CAVE2的研发。


    例如，生物学研究人员通过CAVE2对脑白质进行研究。CAVE2会为研究人员针对疾病提供新的见解-尤其是当研究人员通过Cave2对比了患者与正常人的脑白质样本之后。
    高级研究员，CAVE2平台的领袖戴维巴尼斯（DAVID Barnes）博士解释说：“比如说CAVE2可以以3D的形式将人脑的神经元回路表现出来，如果你用一个普通的平面显示器来观察，这些神经元看起来就像是一条条互相交叉的细线一样，你无法看出他们之间的空隙，间距，空间结构，但CAVE2却可以完美将这些数据展示在研究人员面前。”
    同样，火星的图像也是直接取自于美国宇航局网站，这些图像都是由好奇号探测器（Curiosity）拍摄的。然后经过CAVE2的处理，火星的一些特征景象就会以一定的比例显示出来。“以这样的方式，你可以发现并推导出更多关于火星的结论。”，巴尼斯博士说。


    这仅仅是个开始，巴尼斯博士说，Cave2还可以在工业，考古学，工程，生物科学，历史，建筑和设计等行业使用。在进行复杂的工程项目时，可以通过Cave2进行精确建模并详细的检查，以避免在工程后期因修改而耗费昂贵的经费。


    “在研发和应用的过程中，已经有超过1500名参观者体验了CAVE2的神奇效果，这些参观者也有感而发的思考如何将CAVE2应用到他们自己的领域中。”巴尼斯博士说。
       二十一世纪的显微镜
    伯宁顿（Bonnington）教授将CAVE2比喻成二十一世界显微镜的取景器。显微镜在科学探索的过程中是不可或缺的关键工具，这点已经延续了几百年。显微镜由三个重要的部件组成：在底部，有一个光源，用于对样本的照明；在中间，是一个聚焦表面；在顶部，是一个用于观察的目镜。“五年前，我们就发表了这样的声明‘科学探究依然要依靠显微镜，但是我们需要一个现代化的设备’。”他说。


    所以，伯灵顿教授所构想的二十一世纪的显微镜，就由先进的设备所支持，比如澳大利亚同步加速器（Australian Synchrotron），磁共振成像扫描仪，包括数据库，如DNA序列。传统显微镜“中间”用于调焦和过滤的构件被计算机工具所代替，样本的特征数据被提取出来经过转化和过滤输入计算机内。
    在显微镜的组成结构中，CAVE2可以作为一个功能强大的现代化取景器。他可以展示样本的特征、细节、和透视，这些都是在传统观测方法中，肉眼所不能看见的。
     CAVE2帮助你近距离的接触研究目标 
    伯宁顿（Bonnington）教授表示CAVE2将会推动其他领域科学研究的进步，包括人类基因组计划（ Human Genome Project，美国科学家于1985年率先提出，由英、德、日、法、中的科学家共同参与。）。CAVE2会帮助我们更深层次的认识人类基因，并且推进遗传学的发展。但是这一应用也仅仅在简单的实验阶段。
    “我们也正在为这项研究做着准备，如果完成，CAVE2对于基因的观察，将不仅仅局限于排序和罗列，我们还可以观测到他是怎么工作的。”他说。将这种功能应用到人类基因组计划中相信科学研究人员会对基因有更深一层次的理解，这种理解不仅仅是对基因，还有以基因为模板合成的蛋白质，我们会对这些蛋白质的功能有更进一步的了解。而且，这对我们对于疾病的治疗也有很大程度的帮助。


    一种蛋白质的功能并不仅仅由组成其的化学成分决定，其形状和形状特定的变化也是判断他功能的重要因素。从这一点来看，没有比CAVE2更适合的设备来分析蛋白质功能了。例如，用电子显微镜的观察之后，将数据进行记录，然通过MASSIVE（一种合成器）对数据进行转化和建模。这样，研究人员就可以在一个超大的三维空间，对样本进行研究。
    “同样，CAVE2可以加速药物的研发。比如，你知道一个目标分子的构成，应用CAVE2你可以构建一个同样的分子，然后将你所准备的多种药物分别与目标分子相接触，观察哪一种药物更合适。”巴尼斯（Barnes）博士说。
    他说，人类的大脑依然是现在世界上所存在的最好的识别工具，这是一个关键的原因。正是因为如此我们才将这些观测数据通过CAVE2进行高分辨率的重现，用虚拟现实的方式将这些数据更直观的展现在观察者面前，让他们可以更简单的发现其中的细节和规律，为他们的研究提供一个契机。


    芝加哥（Chicago）的政府人员一直很确信CAVE2所拥有的挖掘潜力。因为，2013年，在伊利诺伊大学（University of Illinois）的电子可视化实验室（Electronic Visualization Laboratory）他们曾应用CAVE2的原型机对城市的犯罪数据进行了可视化展现。图像以一个宏大的视野涵盖了其所有的犯罪信息，很大程度的帮助了芝加哥的治安。在墨尔本，伊利诺斯的电子可视化实验室的专家帮助安装了CAVE2，它就开始了他的工作，从2013年十一月开始。
    伯灵顿教授表示，Cave2作为一个科研工具，无论是在科学研究还是工业生产中其潜力都是无限的。“这项技术本身也能够激起人们的热情，人们在Cave2身上看到了一个崭新的应用途径和无限的潜能，他们可能就会开始想象更加美加美好的未来。”他说。
    CAVE2在尖端工程上的应用前景
    全球工程设计公司奥雅纳公司（Arup）在纽约第二大道地铁（Second Avenue Subway，是一个高速运输地铁线路，是纽约市地铁系统的一部分）的重建工程中扮演了重要的角色，纽约世界贸易中心（World Trade Center）也是他们的代表作。


    使用游虚拟现实引擎， Arup的工程师可以模拟出地铁线路内的人群流动，并根据人流对设计就行优化，在拥挤的地段尽量使人流舒缓下来。但在最近，Arup的工程师发现将数据输入到CAVE2中，使用CAVE2进行模拟，可以带来一个全新的视野。澳大利亚Arup建筑领袖彼得鲍特尔（Peter Bowtell）表示。
    “你可以很透彻的了解人们是如何在你所设计的空间移动的，因为你会看到他们的化身就在你的旁边走动，你会明白哪个位置约束了人流的流动，是什么原因驱使人们向特定的方向移动。这会在很大的程度上帮助你认识到你所需要提高和改善的地方，可以使建筑物更好的运作。这种将大量数据具现化的方式，在建筑行业有很大的意义。”他说。


    该模型由莫纳什大学/奥雅纳行业团队（Monash University/Arup Industry Team Initiative）所开发，团队由莫纳什大学的天才学生和Arup的研究人员组成。这个团队向我们展示了CAVE2在大型工程开发项目中的前景。
    鲍特尔先生的公司处于全球创新的最前沿，他表示CAVE2已经证实了它自己的价值。“相比于已经成熟的技术，人们可能更喜欢将注意力放在那些新开发的技术上。我们和莫纳什（Monash）现在所做的，正是在向人们展示CAVE2这项崭新的技术的应用前景和方法。”他说。
    最值得注意的是，CAVE2所构建的3D空间可以带给人很深的沉浸感。在这个空间内，人们不仅可以以320度的视角观察目标的特征，还可以在其中来回走动。你设计了一个建筑，将各类数据输入到CAVE2中，他就可以将这个建筑物具现化。你可以在这个已经完成了的建筑物中观察，检测。这种具现化的方式将帮助设计师更清晰的认识他们的作品，了解他们的作品在完工后将会是什么样。一名工程师表示，CAVE2在建筑行业的应用效果是很明显的，这些功能都是可以实现的。在CAVE2所模拟的虚拟建筑中，他分别应用了不同的地板材料、饰面等设计元素，用此来检测其对噪音的控制水平。


    CAVE2在建筑、设计等行业内的用处不仅如此，他还可以识别出建筑设计中的“设计矛盾”。如果内部管道或是电力管道在完工后发现设计的失误，想要重新修建需要消耗昂贵的费用，但是CAVE2却可以免除这方面所带来的忧虑。
    “在建筑领域内，你可以看到CAVE2新的应用途径，这些都证明了其真实的价值，在施工之前就可以对建筑物有一个明确的概念。他就像是在建筑设计和实际施工之间的一个桥梁，可以让两者实现更精准的对接，免去一些无意义的修改和损耗。可以这样说，有了这个技术，我们对自己的设计和想法就有了更大的自信心。现状很可观，但我们相信这仅仅只是一个开始，而不是结束。”鲍特尔先生说道。