增強現實和虛擬現實如何革新科學

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點

增強現實（AR）和虛擬現實（VR）的概念現在幾乎每個人都熟悉；大多數人可能會在沉浸式影片遊戲的背景下想到它們。但AR/VR也為科學帶來了巨大的潛力。有一些程式可以在VR頭顯上執行，為 培訓中的外科醫生提供試驗場地，AR顯微鏡可以 即時檢測癌細胞，以及一個“AR沙箱”，允許使用者建立

3-D地形模型 以瞭解流域、堤壩、地貌輪廓等。

在施普林格·自然（《大眾科學》的母公司），我們正在研究我們自己的科學資料，並想象當這些資訊在AR/VR應用程式中獲得新生時，能將我們帶向何方。為此，我們將舉辦我們的首次混合現實

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駭客馬拉松，11月7日至9日在舊金山，在Microsoft Reactor舉辦。參與者將攜帶他們最喜歡的AR/VR頭顯、筆記型電腦和大量的創意能量；施普林格·自然將透過各種API提供數百萬個科學資料點的訪問許可權。團隊將解決現實世界的問題，視覺化跨科學領域的資料，類別包括健康、人道主義援助、環境、包容性世界等等。

雖然這個激動人心的新世界今天就在我們指尖，但我想讓您瞭解我們已經走了多遠，以及我們還有多遠的路要走。

過去

多年前，在前世，我是一名神經生物學家，專注於神經元網路如何在活體大腦中形成。在本世紀初，我有幸在巴塞爾的Friedrich Miescher Institute的Andrew Matus實驗室工作，他們在那裡做了各種很酷的事情，比如活細胞成像。我們看到，資訊從一個細胞傳遞到另一個細胞的基本單位，突觸，會擺動。隨後，我們想知道這些突觸的基本形狀是什麼，因此我們開始探索以找出其結構。

因此，我們使用電子顯微鏡（圖2，突觸的連續切片）放大神經組織切片（圖1 A/B）到突觸密集的區域（直徑約一微米），並在圖3中以紅色重建。

現在，當然，為了真正理解突觸的結構，我們必須超越二維平面，這相當費力，需要在連續切片中勾勒出突觸區域。然後，可以將追蹤的結構轉換為向量，並在早期的3D檢視器中渲染。在您的Netscape瀏覽器中，還能用什麼呢。

要完全理解這些突觸的形態，需要做很多工作。

但是，後來，像Universal Imaging的MetaMorph、Bitplane的Imaris或開源的ImageJ這樣的軟體，至少對於光學和熒光顯微鏡而言，讓生活變得輕鬆了很多。一些聰明的研究人員對這項繁瑣的勾勒所有突觸的工作採用了眾包方法，並將其轉化為Eyewire，一個繪製大腦地圖的遊戲。

儘管取得了所有進步，您仍然必須從二維檢視器（您的螢幕）中理解三維物體（突觸）。

進入虛擬現實

隨著第五波計算浪潮的到來，人工智慧、區塊鏈和虛擬現實等驚人技術已變得更加主流，隨後，已經構建了擁抱這些新技術的產品。ConfocalVR就是其中之一。這些以及類似的VR應用程式為科學帶來了新的維度，並允許研究人員以前所未有的方式檢視和共享資料，正如最近一篇

《自然》“工具箱”文章中也指出了這一點。當然，這些應用程式可以超越分析形態結構。使用ChimeraX研究蛋白質的分子組成，或使用ODxVD在地理環境中與大型資料集互動，只是對該領域的早期探索中的兩個例子。在施普林格·自然，我們也在測試呈現書籍的新形式，以最佳化我們需要理解和記住我們所閱讀內容的時間。

下一步是什麼？

我們的VR測試僅僅是開始。施普林格·自然繼續關注可以幫助我們的讀者以有影響力、引人入勝的方式與學術出版互動的新技術。我們最喜歡的方式之一是透過最近推出的一系列駭客日和駭客馬拉松來實現的；在這些活動中，我們看到了對一些極富想象力的應用程式的快速原型設計，這些應用程式將研究資料和學術出版提升到了新的水平。之前的#SN_HackDays 探索了發現、研究資料和分析方面的挑戰。

在我們的下一個駭客馬拉松中，我們將基於我們的VR實驗，並受到混合現實技術進步的啟發，對科學資料採取更視覺化的方法。駭客日和駭客馬拉松的獲勝者通常有機會向施普林格·自然推銷他們的原型，以便可能將其納入我們的產品組合，以及其他一些豐厚的獎品。研究界也因此可以更好地瞭解和參與重要資料。我們期待著看到未來會怎樣。