微觀世界呈現在你眼前化學領域用VR眼鏡研究分子結構

　　科幻電影為人們展示的未來場景大多是背包飛行器、飛行汽車、隱身衣、心靈遙感等，這些離現實還有點遠，而虛擬現實（VR）技術正在向商品化邁進，圍繞VR眼鏡、增強現實（AR）設備的商業潛能，各種奇思妙想潮水般涌來。專家認為，VR技術很快能讓化學家們進入微觀世界，浸沒在分子世界里。如此一來，從中學教學到藥物設計各方面都會受到影響。

　　VR眼鏡時代

　　化學家不用再在電腦上對著二維屏幕設想三維結構。虛擬現實設備，如Oculus Rift和HTC Vive的眼鏡，能通過立體顯示和頭部跟蹤技術，帶來直觀的全景畫面：由計算機生成的虛擬分子隨著人們頭部轉動，自然地進入視野。在增強現實中能生成半浸沒式環境，將計算機圖像重疊顯示在用戶未被擋住的視域。

　　據技術咨詢公司CCS Insight預測，虛擬現實眼鏡只是剛開始銷售，預計到2016年底達到近10億美元。這是第一代眼鏡，售價并不便宜：Oculus Rift是599美元，HTC Vive要799美元。按預測的勢頭，到2020年VR眼鏡和AR設備的出貨量將達到9600萬套。研究人員認為，這是輪到VR眼鏡出場的時代。

　　美國伊利諾伊大學理論與計算生物物理學集團高級研究程序員約翰·E.斯通的團隊正在開發分子可視化程序，他預測這波即將來到消費市場的VR眼鏡浪潮是個轉折點，就像第一批大量生產的汽車。

　　化學家們在某個報告會上戴著VR眼鏡查看分子結構，這一場景不難想象。斯通說：“將要發生的是，我們從最初只用它來看東西，發展到用它來完成特定任務。”

　　尚需克服困難

　　VR眼鏡早期曾有些挫折，如刷新太慢、反應延遲、會導致運動病等，目前它已從航空光學、移動技術中借鑒了很多研究成果。斯通說：“我們從30年前的研究成果中借鑒了很多東西，現在把這些都湊在一起。”

　　但目前這一代VR眼鏡還不能說已經準備好了。斯通說，雖然它的缺點已大幅度改善，但仍需要做更多研究，開發用戶在浸沒環境中和物體互動的能力。

　　VR眼鏡附件讓用戶能用自己的手拖動、選擇或旋轉——人們可能會想看分子內部結構，這些是基本操作。但虛擬體驗只是個人的，至少在研發者想出辦法把多個眼鏡連在一起之前，還無法提供人際間的體驗共享。

　　在克服了目前的技術障礙后，專家們可以預見這樣的未來：對任何化學家來說，分子可視化真實地進入了生活，在教學時能浸沒在分子世界里。

　　未來的應用

　　上世紀70年代末時，化學家所想的未來只是在計算機上繪制分子圖，以取代塑料分子模型。經過幾十年發展，人類與計算機的互動有了本質提升，現在有望通過分子模型軟件收集、處理復雜的結構數據，轉變成分布在空間的分子，讓人們浸沒在分子世界，并能和它們互動。

　　隨著今年第一批VR眼鏡的普及，化學家可以重新考慮未來會有什么。斯通說：“化學和計算生物學可能會用VR眼鏡觀察分子，進行高級制圖，這是個極具挑戰性的難題。長期以來，這一領域已被推到了極限。”

　　美國馬里蘭大學先進計算機研究所所長阿米塔布·瓦什尼團隊正在做這樣的事，他們把先進的可視化技術和大數據結合，為VR和AR開發各種工具和應用軟件。對化學家來說，VR改變了游戲規則，因為它把兩種互補的能力——空間感和數據分析能力結合在了一起。瓦什尼說:“人類擅長空間推理和模式識別，計算機擅長數字處理，VR能讓我們把計算和形成思維圖像無縫對接。以前，你可以計算并將數據可視化，但只是個置身其外的觀察者。”

　　瓦什尼團隊已經開發出了能觀察大腸桿菌膜離子通道的AR支持軟件，看它如何打開和關閉。目前他們還在為藥物設計開發分子可視化工具，用VR來探索蛋白質配合基如何對接。按照人們的理解，大分子如何運行受4到5個因素控制，空間關系和接近程度能幫我們理解原子層面發生了什么。

　　根據瓦什尼描述，觀察分子內部復雜的原子排列和分子鍵——這雖是幻想，但現在已觸手可及了。2014年，Oculus聯合創始人布蘭丹·艾瑞伯向馬里蘭大學提供了3100萬美元，資助一棟新的計算機科學大樓并用于計算機科學的獎學金，以支持VR和AR研究。

　　在VR的早期發展階段，研究人員就預測它能為分子可視化帶來全新視角，讓人們能深入直觀分子內部結構和鏈接。瓦什尼說：“當你轉頭，剛才被擋住的其他分子部分就進入視野，這種印象沖擊比用手移動鼠標更加根本，更加有力。”