分子可视化的未来是利用下一代虚拟现实技术,呈现浸没式的微观世界。瓦什尼说:“当你转头,刚才被挡住的其他分子部分就进入视野,这种印象冲击比用手移动鼠标更加根本,更加有力。

把微观世界呈现在你眼前

——化学领域即将用虚拟现实眼镜研究分子结构分子可视化的未来是利用下一代虚拟现实技术，呈现浸没式的微观世界。

今日视点

科幻电影为人们展示的未来场景大多是背包飞行器、飞行汽车、隐身衣、心灵遥感等，这些离现实还有点远，而虚拟现实（VR）技术正在向商品化迈进，围绕VR眼镜、增强现实（AR）设备的商业潜能，各种奇思妙想潮水般涌来。专家认为，VR技术很快能让化学家们进入微观世界，浸没在分子世界里。如此一来，从中学教学到药物设计各方面都会受到影响。

VR眼镜时代

化学家不用再在电脑上对着二维屏幕设想三维结构。虚拟现实设备，如OculusRift和HTCVive的眼镜，能通过立体显示和头部跟踪技术，带来直观的全景画面：由计算机生成的虚拟分子随着人们头部转动，自然地进入视野。在增强现实中能生成半浸没式环境，将计算机图像重叠显示在用户未被挡住的视域。

据技术咨询公司CCSInsight预测，虚拟现实眼镜只是刚开始销售，预计到2016年底达到近10亿美元。这是第一代眼镜，售价并不便宜：OculusRift是599美元，HTCVive要799美元。按预测的势头，到2020年VR眼镜和AR设备的出货量将达到9600万套。研究人员认为，这是轮到VR眼镜出场的时代。

美国伊利诺伊大学理论与计算生物物理学集团高级研究程序员约翰·E.斯通的团队正在开发分子可视化程序，他预测这波即将来到消费市场的VR眼镜浪潮是个转折点，就像第一批大量生产的汽车。

化学家们在某个报告会上戴着VR眼镜查看分子结构，这一场景不难想象。斯通说：“将要发生的是，我们从最初只用它来看东西，发展到用它来完成特定任务。”

尚需克服困难

VR眼镜早期曾有些挫折，如刷新太慢、反应延迟、会导致运动病等，目前它已从航空光学、移动技术中借鉴了很多研究成果。斯通说：“我们从30年前的研究成果中借鉴了很多东西，现在把这些都凑在一起。”

但目前这一代VR眼镜还不能说已经准备好了。斯通说，虽然它的缺点已大幅度改善，但仍需要做更多研究，开发用户在浸没环境中和物体互动的能力。

VR眼镜附件让用户能用自己的手拖动、选择或旋转——人们可能会想看分子内部结构，这些是基本操作。但虚拟体验只是个人的，至少在研发者想出办法把多个眼镜连在一起之前，还无法提供人际间的体验共享。

在克服了目前的技术障碍后，专家们可以预见这样的未来：对任何化学家来说，分子可视化真实地进入了生活，在教学时能浸没在分子世界里。

未来的应用

上世纪70年代末时，化学家所想的未来只是在计算机上绘制分子图，以取代塑料分子模型。经过几十年发展，人类与计算机的互动有了本质提升，现在有望通过分子模型软件收集、处理复杂的结构数据，转变成分布在空间的分子，让人们浸没在分子世界，并能和它们互动。

随着今年第一批VR眼镜的普及，化学家可以重新考虑未来会有什么。斯通说：“化学和计算生物学可能会用VR眼镜观察分子，进行高级制图，这是个极具挑战性的难题。长期以来，这一领域已被推到了极限。”

美国马里兰大学先进计算机研究所所长阿米塔布·瓦什尼团队正在做这样的事，他们把先进的可视化技术和大数据结合，为VR和AR开发各种工具和应用软件。对化学家来说，VR改变了游戏规则，因为它把两种互补的能力——空间感和数据分析能力结合在了一起。瓦什尼说:“人类擅长空间推理和模式识别，计算机擅长数字处理，VR能让我们把计算和形成思维图像无缝对接。以前，你可以计算并将数据可视化，但只是个置身其外的观察者。”

瓦什尼团队已经开发出了能观察大肠杆菌膜离子通道的AR支持软件，看它如何打开和关闭。目前他们还在为药物设计开发分子可视化工具，用VR来探索蛋白质配合基如何对接。按照人们的理解，大分子如何运行受4到5个因素控制，空间关系和接近程度能帮我们理解原子层面发生了什么。

根据瓦什尼描述，观察分子内部复杂的原子排列和分子键——这虽是幻想，但现在已触手可及了。2014年，Oculus联合创始人布兰丹·艾瑞伯向马里兰大学提供了3100万美元，资助一栋新的计算机科学大楼并用于计算机科学的奖学金，以支持VR和AR研究。

在VR的早期发展阶段，研究人员就预测它能为分子可视化带来全新视角，让人们能深入直观分子内部结构和链接。瓦什尼说：“当你转头，刚才被挡住的其他分子部分就进入视野，这种印象冲击比用手移动鼠标更加根本，更加有力。”