增强现实和虚拟现实如何革新科学

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点

增强现实（AR）和虚拟现实（VR）的概念现在几乎每个人都熟悉；大多数人可能会在沉浸式视频游戏的背景下想到它们。但AR/VR也为科学带来了巨大的潜力。有一些程序可以在VR头显上运行，为 培训中的外科医生提供试验场地，AR显微镜可以 实时检测癌细胞，以及一个“AR沙箱”，允许用户创建

3-D地形模型 以了解流域、堤坝、地貌轮廓等。

在施普林格·自然（《大众科学》的母公司），我们正在研究我们自己的科学数据，并想象当这些信息在AR/VR应用程序中获得新生时，能将我们带向何方。为此，我们将举办我们的首次混合现实

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黑客马拉松，11月7日至9日在旧金山，在Microsoft Reactor举办。参与者将携带他们最喜欢的AR/VR头显、笔记本电脑和大量的创意能量；施普林格·自然将通过各种API提供数百万个科学数据点的访问权限。团队将解决现实世界的问题，可视化跨科学领域的数据，类别包括健康、人道主义援助、环境、包容性世界等等。

虽然这个激动人心的新世界今天就在我们指尖，但我想让您了解我们已经走了多远，以及我们还有多远的路要走。

过去

多年前，在前世，我是一名神经生物学家，专注于神经元网络如何在活体大脑中形成。在本世纪初，我有幸在巴塞尔的Friedrich Miescher Institute的Andrew Matus实验室工作，他们在那里做了各种很酷的事情，比如活细胞成像。我们看到，信息从一个细胞传递到另一个细胞的基本单位，突触，会摆动。随后，我们想知道这些突触的基本形状是什么，因此我们开始探索以找出其结构。

因此，我们使用电子显微镜（图2，突触的连续切片）放大神经组织切片（图1 A/B）到突触密集的区域（直径约一微米），并在图3中以红色重建。

现在，当然，为了真正理解突触的结构，我们必须超越二维平面，这相当费力，需要在连续切片中勾勒出突触区域。然后，可以将追踪的结构转换为向量，并在早期的3D查看器中渲染。在您的Netscape浏览器中，还能用什么呢。

要完全理解这些突触的形态，需要做很多工作。

但是，后来，像Universal Imaging的MetaMorph、Bitplane的Imaris或开源的ImageJ这样的软件，至少对于光学和荧光显微镜而言，让生活变得轻松了很多。一些聪明的研究人员对这项繁琐的勾勒所有突触的工作采用了众包方法，并将其转化为Eyewire，一个绘制大脑地图的游戏。

尽管取得了所有进步，您仍然必须从二维查看器（您的屏幕）中理解三维物体（突触）。

进入虚拟现实

随着第五波计算浪潮的到来，人工智能、区块链和虚拟现实等惊人技术已变得更加主流，随后，已经构建了拥抱这些新技术的产品。ConfocalVR就是其中之一。这些以及类似的VR应用程序为科学带来了新的维度，并允许研究人员以前所未有的方式查看和共享数据，正如最近一篇

《自然》“工具箱”文章中也指出了这一点。当然，这些应用程序可以超越分析形态结构。使用ChimeraX研究蛋白质的分子组成，或使用ODxVD在地理环境中与大型数据集交互，只是对该领域的早期探索中的两个例子。在施普林格·自然，我们也在测试呈现书籍的新形式，以优化我们需要理解和记住我们所阅读内容的时间。

下一步是什么？

我们的VR测试仅仅是开始。施普林格·自然继续关注可以帮助我们的读者以有影响力、引人入胜的方式与学术出版互动的新技术。我们最喜欢的方式之一是通过最近推出的一系列黑客日和黑客马拉松来实现的；在这些活动中，我们看到了对一些极富想象力的应用程序的快速原型设计，这些应用程序将研究数据和学术出版提升到了新的水平。之前的#SN_HackDays 探索了发现、研究数据和分析方面的挑战。

在我们的下一个黑客马拉松中，我们将基于我们的VR实验，并受到混合现实技术进步的启发，对科学数据采取更可视化的方法。黑客日和黑客马拉松的获胜者通常有机会向施普林格·自然推销他们的原型，以便可能将其纳入我们的产品组合，以及其他一些丰厚的奖品。研究界也因此可以更好地了解和参与重要数据。我们期待着看到未来会怎样。