写于2014.10

上周为了准备presentation花了一整周时间研究brain-computer interface，也就是各种电影动画片YY小说里用的脑控仪。全息游戏这一个假想内，相关的技术有虚拟现实，情感学习，全息影像，脑控仪等多个领域。游戏设备需要读取人脑的活动，将人类的行动、情感、声音体现在虚拟世界中，再通过交互获得来自虚拟世界的反馈。

而脑机接口这个方向，目前想达到YY小说里全息脑控游戏的技术水平，还有很长的路要走，对于在有生之年是否会有突破性的结果产出，我也从乐观转向了怀疑态度。

一、技术发展

当下的主流脑机接口(BCI)设备分为侵入性、半侵入性和非侵入性三类。

生物医学实验室使用的多为侵入性（invasive BCI）和半侵入性（partially invasive BCI）设备，也是如今发展的较为成熟的实验室技术。在头盖骨上钻洞，将芯片植入神经元灰质或是大脑表层后读取相关的神经活动信号和脑皮层电图，通过降噪和滤波进入解码及机器学习流程分析信号特性，之后编译为计算机可识别的数据流输出并控制其他设备，如人工耳蜗，人造视觉和神经元假肢等。对于双向信号，机器上的传感器包括光学传感器、声音传感器或触觉传感器也通过反向过程编译为神经元信号，被输入到人脑中。

目前这个技术被实验性的应用到人工视觉(Dobelle company，2002)，义肢控制(Braingate system 2013, Duke University2013, 浙大2013, UPitt2012)等领域，取得了一定的进展，精确度也比较有保证。然而本技术的广泛应用存在几个巨大的障碍：1、设备昂贵且安装复杂，除人工视觉外基本无法离开实验室区域。2、潜在健康危险极高，设备植入灰质后，很有可能引起脑感染或者脑损伤，对于患者来说是致命的。 3、信号反馈（即写脑）带来的风险无法预知。由于侵入性设备试验基本作用于本身就有生理障碍的人群，对于他们而言潜在风险可以向恢复生理功能这个巨大的优点妥协，但对于推广到日常使用并不适合。

非侵入性设备（non-invasive BCI）

这一类设备就是各种游戏脑控仪的原型，目前技术比较成熟的项目是三星和德州奥斯汀分校去年公布的一个项目成果。使用者穿戴了“脑控帽”后，可以控制Samsung Note 10上的音乐播放软件，如选择歌曲类型，播放歌曲，暂停歌曲等。从公布的项目视频来看，相应速度较慢，准确性也有问题。

脑机接口设备植根于生物医学和生物信息学的研究，其基础是对于神经元信号的读取和分析。与侵入性设备不同，非侵入性设备只能在头骨外读取脑电波图，由于头骨阻碍并折射了大部分脑电波，分析难度大噪声多。对于分析具体是哪部分神经元试图执行何种信号目前的技术还无法实现，更遑论能在虚拟环境中完全读取并模拟人脑的意志了。

想在角色身上真实反映人类的行动，至少需要动作和语言两大信号输出到游戏系统中。目前的技术只能简单识别人类动作，和非常基础的文字识别（Mayo Clinic 2012），直接分析语言的研究还没有出现。如何判断语言是想要对他人说出还是内心想法，也没有相关的研究。如果不靠系统识别，而是依靠玩家在现实中说话录入到游戏中，想象一下一个人带着头盔玩游戏，一边躺在床上自言自语，也是挺呆萌的……

二、相关领域

除了脑控外，全息游戏的另几个技术组成部分按照现有的研究进展也存在难点，粗略的概括一下。

1、情感计算

这也是神奇的MIT media lab在90年代末提出的概念，和机器学习比较类似，只不过学习的对象不是客观的知识而是复杂多变的人类情感。从我自己的想法来看，情感计算会主要被应用到NPC情感模型的建设上。对于一个真实的世界，每个人能够通过自己的情商去判断和反馈他人的情感表现，但虚拟现实世界里不可能每一个角色都由真人扮演，需要大量NPC存在才能使各种游戏机制良好运转。

作为一个拟真的系统，如何让NPC拥有更高级的人工智能，如何根据玩家情绪作出不同的反馈？怪物看到怒气冲天的人类是否该躲开，看到哼着小调泡妹子的玩家是否应该表现得更凶残？很多游戏打出玩家能和NPC恋爱甚至结婚的噱头，如何在这种游戏设定中通过交流而非简单的好感度累计培养二人的情感关系？人心还是最难猜测和识别的东西。

2、全息世界

Virtual Reality的一个方向是通过可穿戴设备的模拟，类似oculus。但无论是分辨率还是真实度都还在很初级的研究阶段。要营造完全真实世界的感觉，至少需要与现实相似的视野，对于任何的眼镜型设备现在是无法做到的。

另一个方向是向真实世界投影。但这一类技术更适合虚拟环境体验，比如真实的历史场景回顾或虚拟旅行。因为毫无实体的投影无法给玩家触觉的反馈，也就无法达到VRMMO的效果。

按照现在人们的设想来看，大量的数据还是通过脑波信号传回到人脑中，带来视觉、听觉、触觉、痛觉等感受，非侵入性设备在读取信号方面还存在巨大的障碍，如何让信号穿过头盖骨和大脑皮层进入神经元更是困难重重。另外，这些信号必须通过写脑的方式反馈给人脑，如同刀剑神域里一样控制用户大脑或者损害用户大脑的行为并没有很好的防范方法。

所以在如今的技术进展下，想完全创造一个虚拟现实的世界还没有可行的技术条件。

3、数据传输

数据传输技术和现下的网游比较类似。可以想象，如今的WOW放在56k带宽时代根本无法保障正常的游戏体验。网游对于硬件的主要两大需求第一在CPU运算能力，第二在网络传输稳定性。现在的大型客户端网游，模型都放在本地，运算在服务器上。服务器运算后数据传回本地，通过本地计算反馈在客户端表现上。同屏的玩家和NPC数量越多，对于每个角色各种动作、技能、特效的数据都要传输至本地。而全息游戏不但有普通网游的数据，至少必须包含的是每个角色和场景反馈的声音数据，还可能包含其情感、气味、疼痛等等。对于数据传输和运算的要求也会进一步提升。好在互联网建设在以上问题面前算是小事，在其他技术实现的时候绝对保证能发展到匹配的水平。

另外还有很多软件方面的问题，比如更精准细致的建模，更完善的游戏系统，不能有Bug点的地图，不能被DIY出新功能的装备……对于设计师也困难重重。

三、伦理问题

这将是全息脑控世界无法避免的挑战。

如何避免玩家在游戏内对其他玩家犯罪？如何保证对大脑写入数据的安全？如何保证游戏不读取玩家安全信息？如何避免过度沉迷而抛弃现实世界？

还有更严重的……能否允许玩家和人工智能结婚恋爱？如果系统计算出错导致玩家的行为与思维不符，或是游戏中的体验损害了玩家的脑健康，谁该为此负责？如果玩家在游戏中进行犯罪或错误行为，用什么证据证明玩家是主动犯罪？不法分子是否能够通过系统将人类控制在虚拟世界里？是否能有病毒劫持系统使玩家无法登出？进行游戏的玩家如果进入完全潜行（所有意志沉浸在虚拟世界中），如何保证现实世界里玩家身体的安全？

四、总的来说……

幻想和现实中间有着巨大的鸿沟，通过上周看各种paper也体会到了睿哥说的“你眼中能够改变世界的硬件工程师，其实是科幻小说家”。科技也逐渐变成人类的负担，发达的科技让情感的鸿沟加深，让人类更自我更封闭。

但幻想也推动着技术的发展和进步，如今神经元能够操纵假肢和人工器官（视觉、听觉）已经是科技和人类生活的巨大进步。我们有理由相信终有一日，在很远的未来，一个完善的虚拟世界将通过尖端技术与真实相连，如同平行世界一般丰富人类的生活，改变人们的生活方式，给予人们更多美好生活的选择，是在格子间高楼大厦里穿梭，还是在自由的幻想里仗剑遨游。

我期待着那一天