从小众到流行：技术将把虚拟世界带向何方？

■谭平
◎编者按：
元宇宙——这个由“meta”（元）与“universe”（宇宙）组合而成的Metaverse，成为时下互联网新宠。近日美国社交媒体巨头脸书（Facebook）宣布更名为“元”（Meta），其高调入局，更是给元宇宙添了一把火。然而，如何支撑或构建元宇宙，目前还是未知。
近日，阿里达摩院在云栖大会上宣布成立XR实验室作为元宇宙等虚拟世界“真实化”的手段。虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）等技术未来将如何发展？且看阿里达摩院XR实验室负责人如何解读。
当谈论虚拟现实（VR）、增强现实（AR）的时候，我们到底在谈什么？新风口？新概念？新技术？新名词？从技术人的视角来看，这是技术累积的量变引发的。沉浸感体验的一个技术基础是对海量场景、物体、人物进行三维建模并渲染，属于计算机视觉和计算机图形学的交叉领域，曾经是一个相当小众的领域。
二十年前，我在选择这一研究方向时，这个领域并不像今天这般吸引眼球，入门非常辛苦，不但要学很复杂的数学、物理，发表一篇论文都要写上万行代码，甚至还需要在实验室的暗室里面动手搭设备、拍数据，出成果的周期很长。
二十年过去，技术已进步太多：三维模型数据比过去丰富得多，渲染效果也更逼真、更快速。三维模型可以由艺术家手工设计出来，也可以通过对真实物体、场景进行三维重建得到。并且，重建结果的细节更丰富，超过了手工设计。
得益于这些技术进步，VR/AR、“数字孪生”等虚拟世界有了实现的基础条件。
现如今，国内在这一领域已进入世界的前列，微软亚洲研究院的童欣、浙江大学的周昆等都是这个领域全球知名的学者。阿里达摩院也调集全球上百位科学家，成立了“XR实验室”。
“照片般的真实感”
我曾经担任国际计算机视觉与模式识别会议、计算机视觉会议和SIGGRAPH的领域主席，也担任两本学术杂志TPAMI和IJCV的副主编。回顾三维重建和渲染方向的进展，很多研究都是寻求“照片般的真实感”。
真实感渲染中的一个基本问题，就是研究光线在物体表面的反射现象。这是人类视觉感知的基础，也是我在博士生阶段的第一个课题。在学术界，有各种各样的反射模型来描述光的反射现象。但有个问题一直没解决：在不同尺度上，物体的反射特性是不一样的。
比如，从10厘米左右的距离观察，一颗沙粒表面的石英片是像玻璃一般的高反射表面，对应的反射函数是一个狄拉克函数；而从100米外看，一大片沙则是哑光、蓬松的，接近于朗伯表面，对应的反射函数是一个常数函数。