新型虚拟现实工具让你透过小型灵长类动物的眼睛看世界

想象一下,你生活在东南亚的雨林中,是一种体型娇小、眼睛巨大的灵长类动物,看起来有点像电影《小魔怪》里的小怪物Gizmo。你是眼镜猴——一种夜行性动物,巨大的眼睛赋予你非凡的视觉灵敏度,为你带来捕食优势。一款名为"眼镜猴视觉模拟器"的新型虚拟现实软件,模拟了眼镜猴的视觉,展示了这种动物超大眼睛的适应性优势。

塔尔斯眼镜(Tarsier Goggles)由塞缪尔·戈克曼(Samuel Gochman '18届)在达特茅斯学院就读期间,与该校查尔斯·汉森人类学教授纳撒尼尔·J·多米尼(Nathaniel J. Dominy)共同开发。多米尼教授研究灵长类感官系统的进化过程,该项目还与达特茅斯应用学习与创新实验室(DALI Lab)合作,该实验室由学生参与设计并构建技术产品。

戈克曼向DALI实验室提出了一个挑战:如何通过体验眼镜猴独特的眼部适应性改变人类对世界的感知。通过反复迭代的设计流程,DALI团队探索了多种设计方案,最终戈克曼与团队确定虚拟现实体验为最佳解决方案,因其不仅具有沉浸感,还能作为课堂教学工具使用。

这款开源软件"塔尔斯眼镜"包含三个虚拟学习环境——"矩阵"、"迷宫"和"婆罗洲雨林",模拟了眼镜猴与人类在视觉敏锐度、色觉和亮度感知方面的差异。婆罗洲眼镜猴患有红色盲(protanopia),这是一种红绿色盲形式。据作者描述,在虚拟的婆罗洲雨林中,使用者可以在森林中穿行,在"黑暗迷宫般的空间中跳跃并攀附树木——这种环境在人类视觉条件下几乎无法透视,但以眼镜猴的视觉却可自由穿行,从而展示眼镜猴视觉敏感性的进化优势"。

"美国大多数九年级和十年级学生都会学习光学和自然选择,但这两个主题通常被割裂开来教学。"该研究的合著者之一多米尼表示,"眼镜猴是统一这两个概念的有效载体。你必须先理解光学原理,才能明白自然选择为何会青睐如此微小的掠食者拥有如此巨大的眼睛。"

在达特茅斯学院期间,戈克曼专注于生物人类学和人本设计研究,该项目正是他应用这些研究兴趣的实践之一。"我意识到大多数学生理解自然选择的方式仅限于图表、幻灯片和模型。"该研究的主要作者戈克曼说,"虚拟现实提供了一种沉浸式体验,帮助人们理解眼镜猴视觉适应性带来的特殊感知特性。"他补充道:"塔尔斯眼镜是一款科学教育工具,能让学生亲身参与物理、感知科学和生物学领域的实践性科学概念。"

作为研究的一部分,戈克曼在达特茅斯学院的两场校园活动中演示了塔尔斯眼镜:一次是人类学学会会议,另一次是面向参观佛蒙特州奎奇市佛蒙特自然科学研究所的六年级学生课堂。他还向新罕布什尔州梅里登市金博尔联合学院的高中生展示了这项技术,该校科学和人类学课程的学生首先观看了一段关于眼镜猴觅食行为的短视频,随后每人获得五分钟尝试该虚拟现实技术的机会。学生们随后完成了一份包含开放式问题的简短调查问卷,这是戈克曼对该虚拟现实工具正式评估的一部分。

"塔尔斯眼镜项目让我的学生获得了第一手学习体验,这是任何其他媒介都无法实现的。"金博尔联合学院的人类学与世界历史教师玛丽莲·莫拉诺·洛德(Marilyn Morano Lord '95届,MALS '97届)解释道,她也是该论文的合著者之一。

塔尔斯眼镜基于Unity3D引擎开发,结合SteamVR平台适配HTC VivePro头显,使用C#语言编写。项目利用虚拟现实工具包实现瞬移等功能,大量视觉特效借助Unity内置的后期处理栈完成,所有素材资源均在Maya软件中构建。所有视觉资产和交互体验均由DALI团队基于实验室协作式人本设计方法从零编码实现。

塔尔斯眼镜展示了虚拟现实在科学教育中的应用潜力,通过趣味互动的方式帮助学生探索复杂概念。