前沿：經費夠緊張了，你還想要科研VR化？！

原標題：前沿：經費夠緊張了，你還想要科研VR化？！

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你有沒有想過，將來的實驗室如同《頭號玩家》里一樣，一戴上VR眼鏡，外部世界消失了。視野里只有一個細胞，抬起脖子，可以從多個角度觀察它。甚至還可以把頭伸進去探索細胞的內部結構，使用手動控制器，可以逐層解剖細胞，用手腕輕輕一掃，就能探索表面之下的微小特殊結構……

近些年，VR和AR對於我們已經不再陌生了。婚禮記錄、商場宣傳、遊戲……都可以用VR的形式達到身臨其境的效果。許多倡導者開始預測VR和AR可能在未來五年左右成為標準實驗室工具。或許將VR或AR技術完全納入實驗室還是一個比較新鮮大膽的想法，有人卻認為VR和AR比傳統的平面屏幕更直觀地用於觀看複雜的3D結構，開始嘗試將VR和AR技術慢慢應用入實驗室，探索這種科研新工具。

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Adam Lacy-Hulbert是華盛頓西雅圖Benaroya研究所的首席研究員。他對溶酶體非常感興趣，我們都知道溶酶體是幫助清理細胞內部的結構，Adam用常規顯微鏡觀察的時候，看起來就像溶酶體的一部分已經轉移到了細胞核中，這對他的研究沒什麼意義。於是，他使用了一種新工具ConfocalVR，利用虛擬現實技術將圖像從顯微鏡中可視化，一下子結果就很明顯了，細胞核實際上是在溶酶體周圍變形和移動。

VR的好處就是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關於視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。對於科研人員來說，使用VR後手中的工作一下子立體、直觀起來。

Adam使用的ConfocalVR上個月還增加了一個功能，允許四個用戶同時在線查看，可以同時抓取和指定同一VR空間中的結構。這就意味著科學家們就不用面對面一起工作了！類似的協作功能也是VR未來的一個發展方向，為科研團隊如何合作提供了新思路。

加州大學舊金山分校博士後Wilian Cortopassi是VR技術的愛好者，致力於將VR融入實驗室。他使用的工具是ChimeraX，這是一個可觀察蛋白質及其他結構的分子級別的可視化工具，現在還支持帶上VR眼鏡使用。使用該工具後，可以通過不同角度和距離「遊覽」氫原子，快速檢測出它們的一些相互作用，從而了解一個蛋白質的某些突變體到底是怎麼阻止靶向藥物的。

以前，他在電腦顯示器上進行查看，大量的原子看上去非常亂，平面圖像非常不易觀察。而VR技術卻讓他可以具體看到一個氫鍵在虛擬空間里是怎麼「行走」的，十分奇妙。

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不過，想要實驗室完全VR化，可沒有那麼簡單，經費就是頭一個問題。VR是計算密集型的技術，必須快速刷新圖像，保證每隻眼睛看到不同的圖像才能產生良好的3D效果。這意味著什麼呢？對於顯卡的要求很高啊，要升級啊，或者……直接買台新電腦吧。

ConfocalVR的創始人之一的Tom Skillman建議使用兼容VR的電腦，至少要有8000M的內存，價格都要到850-3100美金左右。另外，VR軟體本身也很貴，ConfocalVR和ChimeraX雖然宣傳對於非盈利的使用者是免費的，但實際上對商業公司來說費用都不低，ChimeraX根據使用人數的多少，最高可能要花費20000美元，實在讓人望塵莫及。

還有就是VR眼鏡的問題了，這可直接決定著你的研究的觀感體驗啊！就算解決了VR軟體的問題，往往還是要搭配昂貴的VR眼鏡才能好好進行科研活動啊！專門研究分子可視化的Tom Ferrin表示，一般推薦Facebook的Oculus Rift，以及HTC的Vive。

這兩種設備可以在3D空間中追蹤用戶頭部和手柄控制器的動作，可以一定程度上滿足科研人員的需求。關於價格，有興趣的各位可以自行了解。要進一步節約預算，三星的Gear VR和Google 的Cardboard也算是低成本的選擇。Gear VR可以搭配指定三星手機使用，通過頭盔連接手機。Cardboard是15美元買不了吃虧的VR眼鏡……

用這些簡單設備的話，還有一個專門的應用程序Juicebox VR，它能將DNA的形貌直觀展現出來。對於有興趣創建自己的可視化工具的研究人員來說，可以用Unity，它本是用於構建遊戲的軟體，是最常用的開發環境之一。而且對於硬體的要求不高，就算你不是專業的高級開發人員，也能在Mac Pro上用unity來輔助開發Juicebox VR。不過從2D屏幕構建3D模型還是需要大量的工作，是否有時間條件和人力條件來進行，也是一個值得考慮的問題。

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再談AR，如果說VR是通過虛擬技術來模擬科研環境的話，AR則幫助增強現實，像一個強力助手，來幫助我們深入了解從而研究手中的東西。密蘇里州堪薩斯城兒童慈善醫院的首席研究信息官Mark Hoffman，他使用微軟的HoloLens，通過在現實中投射3D影像，來觀察蛋白質和電腦斷層掃描(CT)。

Microsoft HoloLens

有很多人覺得AR頭戴式耳機的可視化軟體似乎不太先進，沒有VR那麼炫酷。事實上，很多人是暈VR的，VR需要帶上「大頭盔」，全面包圍整個視野，這是種沉浸式的體驗，VR所見和外界幾乎無交集，容易導致人產生眩暈感。與之相比，AR的觀感友好多了，基本不會造成眩暈。

因為AR是實時地計算攝影機影像的位置及角度並加上相應圖像的技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界並進行互動。它能在現實基礎上提高我們對現實的認知，把你的科研任務放進你的生活。雖然它並不能像VR那樣能讓你產生身臨其境的感覺，但是它能推動你的理解，AR的優點在於能輔助我們得到更多信息。

Mark Hoffman所在機構的外科醫生正在探索如何使用AR技術在手術前觀察患者心臟的CT掃描。AR的長處就是將虛擬元素疊加在現實場景，醫生可以把組織投影到空間中的固定位置——比如手術室的中央。增強對於現實的觀感，讓科研人員與單調的數據進行交互關聯，能更好的理解手中的素材。

AR和VR一樣，要想投入實驗室，還需很多準備工作。至少，它們給出了一個想像，與分子在實驗室玩耍不是一個夢。

參考資料

https://www.nature.com/articles/d41586-018-04997-2

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