摘要：扩增现实作为真实世界物体与虚拟物体所组合而成的技术，其由“真实”和“虚拟”两部分混合而成的特性正是人类认识过程中普遍存在的特性。从人类的基本感知到高级认知都存在着与人相关的“虚拟”附加信息，附加信息存在的根本原因是它能有效地决定人的行为。
关键词：扩增现实；附加信息；逻辑数学知识
abstract: in augmented reality, the user's view of the world and the computer interface literally become one. this pervasive mixture of reality and virtuality was found in cognitive processes which from a primitive perspective to an intellectual construction. human behaviour has grown more effective as it has come under the control of “virtual” information.
key words: augmented reality; virtual information;logical and mathematical structures
扩增现实(augmented reality)，也被称为ar，是指把虚拟信息添加到使用者感官知觉上，致使使用者所感知的世界为真实世界物体与虚拟物体所组合而成的技术。WwW.11665.CoM一般情况下，使用者头上带有一种ar装置，ar装置将图像和文字加入使用者视觉观察到的周围环境所产生的画面上，虚拟信息也可以以听觉、触觉或其他形式出现。ar系统会跟踪使用者头部的位置和方向，以使虚拟信息资料能对应使用者的视觉。例如，通过某种绘图软件可以将一个三维茶杯影像放到一个真实的碟子上，并且当用户在屋内走动时，可以使茶杯的相对位置不变，感觉就像一个真实的茶杯放在那里。扩增现实是从虚拟现实(vr)领域中延伸出来的技术，它和虚拟现实的不同之处在于：vr是通过软件用虚拟世界代替真实世界；ar是在实体对象上加入补充的虚拟信息。利用扩增现实补充的虚拟信息，我们看到街上的餐厅就可以知道餐厅里提供了哪些菜肴及菜肴的价格；看到电影院我们就可以看到哪些电影正在上映以及放映的时间；维修人员在检修设备的故障部位时可看到故障部位的一些说明；消防人员在救火时可看到失火建筑物的结构，以避免无法看到的危险因素；等等，这些都是扩增现实在日常生活中的实际应用。可以这么说，扩增现实补充的虚拟信息可以帮助我们对周围世界的事件作出更为有效地反应。如果从认识论的角度，真实世界的信息加上虚拟信息正是我们人类认识周围世界基本而有效的方式。
当我们谈论真实世界时，一般来说，这是指人类出现之前已经存在的自然界，或不受人类观察、活动影响的自然界。真实世界以及对真实世界的认识一起构成了人类赖以生存的基础。真实世界并不完全等同于人类认识的世界，人类认识的世界是人与真实世界相互作用的世界，正如恩格斯所指出的：“自然科学与哲学一样，直到今天还完全忽视了人的活动对它的思维的影响；它们一个只知道自然界，另一个又只知道思想。但是，人的思维的最本质和最切近的基础，正是人所引起的自然界的变化，而不单独是自然界本身；人的智力是按照人如何学会改变自然界而发展的。” [1]人类认识的世界不能不考虑人的影响，人类的认识也必然包含人这个因素。现代理论越来越强调在认识过程中人的能动作用。“一个关于人的新概念已经发展起来了：人现在被认为是一个被建造起来或被‘扔进’周围世界中的能动系统。他关于世界的知识，也不再被认为是一个公正的旁观者在看到了进入他眼帘的东西后所产生的认识；人类在他周围环境媒介中的存在方式，是作为他的认识的重要决定因素而出现的。后者是在处理人和环境关系的进程中形成的；并在认识形成后又反过来推动这种过程。” [2]现代心理和神经科学的研究表明，人类认识的世界是真实世界的信息和与人相关的附加信息混合而成的。与人相关的附加信息在人的认识过程中起着必不可少的作用，从人类的基本感知到高级认知都存在着这种附加信息。
作为一个“能动系统”，人或其它动物可以看成一个“信息处理机”，接受周围世界的信息经过处理后作出反应。为了对周围世界近乎无限的信息作出有效地反应，我们大脑或神经系统采取的一个基本而又有效的策略(当然这是进化的结果)是删除所有感觉信息中的冗余部分，仅将“变化”作为信息传送。也就是说，大脑被告知的只是事物的变化，其余的部分都是大脑重建的。假如你盯着白色背景上的一个黄色圆形看时，视觉器官只将黄白边界的信息传送给大脑，其余重复的信息则由大脑来填充和重建。假使只有反映边界情况的视网膜细胞发送信息，大脑在理论上也应该可以重建整个圆形。心理学家拉马参准(v.s.ramachandran)利用眼睛的盲点通过实验说明了这一点。他向被试者呈现一个类似油炸面包圈似的黄色环形。被试者必须使眼睛静止不动，并用单眼进行观察。拉马参准将黄色圆环放在被试者的视野内，使它的外沿落在睁开眼的盲区之外，而内侧则落在盲区之内。此时被试者报告说，他看到的不是一个黄色圆环而是一个完全均匀的黄色圆盘。[3]在这里，大脑填充了没有光感受器的盲区，或者说大脑试图用推测填补上盲点处应该有的东西，被试者看到了比真实感觉信息更多的信息。事实上，漫画家的漫画就是利用了人类感知的这个特点，漫画家只勾画几根线条，而我们却看到了一张富于表情的面孔。眼睛所得到的信息就是漫画家勾画的几条线，其余都是由大脑完成的，包括寻找物体并发现它们。心理学家格列高里(r.l.gregory)认为：“我们不是只根据特定时间能得到的感觉信息来看世界，而是运用这种感觉信息来检验假设，确定面临的事物究竟是什么。实质上，知觉已经演变为假设的产生和检验过程。”[4]大脑根据感觉信息所作的假设或模型可以看作是一种附加信息。如果我们把感觉器官传递的信息看作是真实世界的信息，那么大脑重建的信息就是一种附加信息，每时每刻我们感觉到的是真实世界信息和附加信息的混合信息。大脑的假设或模型来源于我们以往的经验和基因中所体现的远古祖先的经验，它们可以模拟环境的基本情况，模拟那些在世世代代传承中没有变化的东西，通常情况下工作的非常成功。在极少的情况下会出现一些问题，这时我们就会体验到幻象或错觉。内克(necker)立方体、卡尼莎(kanisa)三角以及其他一些视错觉的存在恰恰为心理学家提供了某些有用的线索，使我们洞察到人类基本的感觉方式。我们随意地转动我们的眼睛，视网膜上的形象也会跟着发生移动，但我们周围的世界却保持稳定。用大脑在做假设或模型的观点可以这样解释：在大脑发出一个指令让眼肌去移动眼球时，大脑的模型开始考虑正常的眼球运动的影响，对视网膜上形象的移动作出预测并补偿，大脑模型的补偿使我们看到了稳定的世界。如果我们在原地转很多圈，然后站着不动并盯着一个地方看时，我们的感觉是周围的世界仍然在转动。尽管我们知道外面的景观一点都没有动，而且视网膜上的形象也没有动。这种转动的错觉也源于大脑模型的补偿：当我们站着不动时，视网膜上的形象没有任何转动，但耳朵(半规管中液体的流动)传来的信息告诉大脑在转动，于是大脑模型向相反的方向进行补偿转动，正是大脑模型的补偿转动成为我们眼睛中看到的“转动”。[5]可以说这个转动实际上是大脑的附加信息引起的转动。
这种主要来源于基因中所体现的远古祖先经验的附加信息，往往存在于人或动物基本的感觉方式中。它们虽能满足人或动物基本生存的需要，却常常是呆板且固执的。心理学家海斯(a.hess)曾做过这样一个试验。给小鸡安装上楔形棱镜，棱镜使映像向左或向右偏移7度。结果发现这些小鸡向米粒的旁边啄去，总是吃不到米，而且后来也一直没能对楔形棱镜引起的映像偏移产生适应。其他各种各样类似的实验也表明，与人类被试相比，动物对映像的偏移或翻转表现出很少的适应，只有猿类和人表现出对这些灾难性变化的知觉适应。通过对小猫所做的一个独到的实验，心理学家海尔得(r.held)和海因(a.hein)认为，要对变位映像产生适应，被试必须进行主动的矫正性动作。他们把两只小猫抚养在黑暗环境里，只有做实验时才让小猫见到光。他们在由中心支轴的一个横杆两端挂两只篮子，两只猫分别放在篮子里。篮子可以旋转，横杆也可绕支轴转动。一只猫四肢接触地板，主动地推动横杆转圈；另一只猫被动地装在篮子里，转圈由活动猫带动。这样，两只猫受到同样的视觉刺激，但一只能主动活动，另一只则是被动的。海尔得发现，那只活动的猫能完成视觉任务，而被动的猫实际上一直处于盲的状态。海尔得也用偏棱镜对人类被试进行过实验。他发现，主动的手臂运动(用手指触摸目标)是有效适应的必需条件。[4]瑞士心理学家皮亚杰(j.piaget)通过对儿童智力的研究进一步指出，主动动作不仅是补偿作用以及最初知觉习得的关键，对于人类，而且是日益灵活的智力结构的基础。“主体以一系列的主动补偿作用来反应外部的干扰，而且主体以一种既是逆向动作的(回路系统或反馈)又是预见性的适应，来构成一个永久性的补偿系统。”[6]这种补偿系统的最终形式就是逻辑数学知识。人类正是把人的主动动作逐步内化为逻辑数学知识，并把逻辑数学知识附加到知觉材料上，逻辑数学知识和知觉材料一同构成了人类的高级认知。皮亚杰将我们认识的概念看作是知觉材料和逻辑数学结构的混合，这是基本感知是真实世界的感觉信息和大脑重建信息混合进一步的发展。知觉材料是指直接作用于客体，以便通过以客体本身为基础得到的信息材料。逻辑数学结构是指作用于客体，但是从人的主动动作本身而不是从客体抽象出来的认识。在这种情况下，逻辑数学结构是从赋予客体一些它们本身并不具备的特性(同时还保留它们原来的性质)开始的，涉及动作施加给客体的那些特性(而不是客体原来的性质)之间的联系。严格的说，逻辑数学结构涉及的是主体的动作而不是客体本身。因此从一个特定的时刻起，逻辑数学结构就不再需要作用于物理客体，并能够内化为可运用符号的运算。换句话说，这就是为什么在某一水平之上存在纯粹的逻辑、数学形式，而经验与其毫不相干的原因。这也就是为什么逻辑数学形式可以无限超越经验的原因，因为他们不受客体物理性质的限制。[7]顺序、类别、数目等特性并不是客体所具有的，而是源于人类主动动作的特性。因此当我们把顺序、类别、数目等特性附加到真实世界物体上时，正像我们把动作施加于物体一样，我们可以附加于任何物体。这就是为什么逻辑数学可应用于其他各门学科的原因。“人类的知觉不是独自起作用的，我们只有在知觉中增加某些东西才能发现客体的性质。而所增加的东西就是整个逻辑数学框架，只有它才能使知觉描述成为可能。”[7]这就是为什么其他各门学科都要用到逻辑数学的原因。正如人类的基本感知，人类的高级认知也是一种合成信息，其中的附加信息就是逻辑数学知识。
从人类的基本感知到高级认知我们可以看到，人类认识的世界是由两部分信息混合而成的，一部分是来自于真实世界的信息，另一部分是与人相关的我们称之为“附加”的信息。我们利用基本感知的附加信息感知世界，利用高级认知的逻辑数学知识认知世界，其目的都是为了使我们更有效地作用于真实世界，或者说，使人类在与周围世界的相互作用中达到平衡。在人与人交往的人类社会，也存在着类似的附加信息。“源于生活、高于生活”的文学作品就是生活的真实部分附加上作者的虚构部分的混合，而阅读文学作品可以有效地帮助我们处理好人生中遇到的实际问题。正如前面所提到的，绘画也是人们利用附加信息的结果。“我们必须考虑一个具有双重性的现实：图画本身是一个客观的物体，而且我们的眼睛会以其本来面目看到它，就是挂在墙上的一个平面；但是它又能使人看到处于空间中的另外一些事物——人，船，建筑物。艺术家的任务就是表达这第二个现实而使我们抛开第一个现实，这样我们就看到了他所描绘的世界，而不只是在一个平展的表面上画着的彩色斑点。” [4]扩增现实作为人类更加主动地利用附加信息的结果，将逐步深入到我们生活的方方面面。当电脑用户的界面无所不在的时候，这个现实与虚幻的“混血儿”将会成为创造未来的新一代艺术家、设计师和故事大王的主要空间。扩增现实未来的蓬勃发展将是不可避免的，因为这是我们人类一贯采取的方式。
参考文献
[1]恩格斯.自然辩证法[m].北京：人民出版社，1971.208-209.
[2]拉兹洛.系统哲学引论—一种当代思想的新范式[m].北京：商务印书馆，1998.233-234.
[3]克里克.惊人的假说—灵魂的科学探索[m].长沙：湖南科技出版社，1998.57.
[4]格列高里.视觉心理学[m]. 北京：北京师范大学出版社, 1986.208，197-198，155.
[5]道金斯.解析彩虹—科学、虚妄和玄妙的诱惑[m].上海：上海科学技术出版社，2001.318.
[6]皮亚杰，英海尔德.儿童心理学[m].北京：商务印书馆，1987.118.
[7]皮亚杰.心理学与认识论—一种关于知识的理论[m].北京：求实出版社，1988.63-64.
