分子可視化的未來是利用下一代虛擬現實技術,呈現浸沒式的微觀世界。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。

把微觀世界呈現在你眼前

——化學領域即將用虛擬現實眼鏡研究分子結構分子可視化的未來是利用下一代虛擬現實技術，呈現浸沒式的微觀世界。

今日視點

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OculusRift和HTCVive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CCSInsight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**代眼鏡，售價并不便宜：OculusRift是599美元，HTCVive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**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**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*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**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**制圖，這是個**挑戰性的難題。長期以來，這一領域已被推到了*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。”