虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實工具允許研究人員以前所未有的方式瀏覽和分享數(shù)據(jù)。但截至目前為止，它們主要是作為早期采用者的工具集，尚未實現(xiàn)大規(guī)模普及。

在我戴上VR頭顯后，外面的世界便消失于無。一個細胞出現(xiàn)在我的視野之中，當抬起脖子時，我可以從多個角度瀏覽它。我把頭伸進去探索它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。借助運動控制器，我可以逐層分解細胞，用手腕輕輕挖掘，揭開埋在表面之下的細微結(jié)構(gòu)。

Arivis是一家位于德國慕尼黑的生命科學(xué)軟件公司，他們開發(fā)了這種特殊的VR可視化工具，名為InViewR。

虛擬現(xiàn)實早已出現(xiàn)，但市場對這項技術(shù)的興趣要到2016年才開始迅速增長。增強現(xiàn)實則是一種相關(guān)的技術(shù)，其能夠通過透視頭顯或智能手機屏幕將數(shù)字對象疊加在周圍的環(huán)境中。

一些科學(xué)家認為VR和AR比傳統(tǒng)的平面屏幕更直觀，更適合用于瀏覽復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)。其他人則通過基于智能手機的廉價頭顯來提高公眾對這項技術(shù)的理解。他們的人數(shù)相對較少：VR和AR仍然是一項利基工具。但一些研究人員表示，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實提供了新的視角。

Adam Lacy-Hulbert是華盛頓州西雅圖貝納羅亞研究所（Benaroya Research Institute）的首席研究員。他對溶酶體特別感興趣 （一種幫助清理細胞內(nèi)部的結(jié)構(gòu)），但傳統(tǒng)顯微鏡的一些2D圖像令他感到困惑。Bulbert說道：“這看起來就像是細胞溶酶體的一部分已經(jīng)移動進入細胞核，而這看起來完全沒有道理。”

貝納羅亞研究所開發(fā)的工具ConfocalVR則借助VR來顯示共聚焦顯微鏡的圖像，這使得真正發(fā)生的事情“在幾秒鐘內(nèi)顯現(xiàn)出現(xiàn)”。細胞核實際上是在溶酶體周圍變形和移動。

VR也為加利福尼亞大學(xué)的博士后研究員Wilian Cortopassi提供了幫助。ChimeraX是一種蛋白質(zhì)和其他結(jié)構(gòu)的分子可視化工具，它在2016年11月增加了對VR頭顯的支持。通過“行走”在氫鍵網(wǎng)狀組織的虛擬空間之中，Cortopassi明白了蛋白質(zhì)中的某些突變體是如何阻礙靶向藥物。Cortopassi指出，當你對大量的原子進行可視化時，電腦顯示器會非常混亂；但在虛擬現(xiàn)實中，“你能夠以不同角度或距離瀏覽氫原子，并快速發(fā)現(xiàn)一些重要的相互作用?！?/p>

1. 虛擬現(xiàn)實

雖然存在價格便宜的選項，但大多數(shù)可視化工具只支持最昂貴的頭顯，如Facebook的Oculus Rift和HTC的Vive，因為它們可以追蹤用戶的頭部，并支持用戶在三維空間中自由行走。研究人員和玩家有他們的偏好，但OculusRift和HTC Vive之間的差異很小?！拔艺J為目前還沒有明確的贏家。”ChimeraX的開發(fā)者之一Tom Ferrin如是說道。他的實驗室位于加利福尼亞大學(xué)，專門從事分子可視化工具。

并非所有工具都與所有頭顯兼容。InViewR僅適用于Oculus Rift，而ChimeraX和ConfocalVR則支持兩者。Oculus Rift和HTC Vive都基于Windows操作系統(tǒng)，但Vive同時兼容MacOS X。

VR是計算密集型的設(shè)備，因為每只眼睛都必須看到不同的圖像以產(chǎn)生3D效果，而且這些圖像必須快速進行刷新。在某些情況下，新顯卡可以提供足夠的計算能力，“但一般情況下，你可能需要購置一臺新電腦”，Benaroya的信息學(xué)和研究技術(shù)主管，以及ConfocalVR的創(chuàng)造者之一Tom Skillman解釋道。Oculus Rift推薦使用VR認證電腦，價格從850美元到3100美元不等。他們同時建議至少8GB內(nèi)存和一枚高端顯卡。

VR軟件本身也可能很昂貴。盡管ConfocalVR和ChimeraX對非營利機構(gòu)是免費提供，但對商業(yè)公司而言則并非如此。ConfocalVR沒有提供價格信息，但ChimeraX可能需要支付高達20000美元的費用。

對于喜歡團隊協(xié)作的用戶而言，ConfocalVR的開發(fā)者在4月增加了支持4名用戶同時瀏覽和抓取同一VR空間中結(jié)構(gòu)的選項。這可能意味著科學(xué)家們不必面對面地一起工作，而這有可能會降低通勤成本。ChimeraX和InViewR的開發(fā)者都希望在未來增加類似的協(xié)作功能。

2. 增強現(xiàn)實

與VR相比，用于AR頭顯的可視化軟件則相對落后。美國密蘇里堪薩斯城醫(yī)院Children’s Mercy的信息總監(jiān)Mark Hoffman曾通過微軟HoloLens來瀏覽蛋白質(zhì)和CT掃描。

他表示AR的用戶友好程度高于VR，因為用戶可以看到周圍的環(huán)境，所以不容易產(chǎn)生暈動癥。Hoffman實際上曾在VR中遭遇過暈動癥，而這并非是一種罕見的現(xiàn)象。他說：“在使用HoloLens期間，我從未感到任何的不適?！?/p>

但缺點是，HoloLens只能將對象投影至視場中心的一個相對狹窄的矩形區(qū)域。Hoffman指出：“這是取舍的一部分。AR并非完全的身臨其境，而是‘理解的促成者’。你在平面屏幕中可能會忽略很多東西，但在AR中卻會變得更為清晰。”比如說蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用。

Children’s Mercy的外科醫(yī)生正在探索手術(shù)前通過AR來瀏覽患者心臟的CT掃描。Hoffman采用循序漸進的方法來通過HoloLens瀏覽相關(guān)數(shù)據(jù)。通過將影像投影至空間的固定點，外科醫(yī)生可以探索具體的組織。Hoffman解釋說：“他們可以走進心臟的心室，他們可能會看到特定兒童的一條血管入口點沒有位于正確的位置?！盚oloLens售價3000美元，而且必須要直接向微軟訂購。

3. 低成本的選擇

更廉價的頭顯可以幫助研究人員覆蓋更廣泛的受眾，比如說基于智能手機的三星Gear VR或售價15美元的谷歌Cardboard。

Juicebox VR是一款專門面向這種簡單設(shè)備的應(yīng)用。美國休斯敦貝勒醫(yī)學(xué)院的遺傳學(xué)家Erez Aiden表示，這款工具可以把人類基因組的連接渲染成火星般的地貌。Juicebox VR的開發(fā)商正是Aiden的實驗室，他表示：“當人們與之交互時，他們真的能夠理解數(shù)據(jù)的樣子。”

生物學(xué)家同樣采用了Augment。這款應(yīng)用通常是用于可視化家具在房間中的樣子，而生物學(xué)家則利用該工具幫助同事和學(xué)生通過智能手機屏幕來瀏覽蛋白質(zhì)的3D模型。

對于有興趣自行開發(fā)可視化工具的研究人員而言，Unity則是其中一個最為普遍的開發(fā)環(huán)境。利用Unity來幫助Juicebox VR運行在Mac Pro的Muhammad Saad Shamim指出，它運行在相對適中的硬件上。Hoffman指出，對于HoloLens來說，用戶不需要成為高級開發(fā)者才能導(dǎo)入3D對象。然而，他們需要熟悉Unity和微軟的Visual Studio編程環(huán)境。其他選項包括Unreal Engine，以及免費3D圖形工具OpenGL。使用OpenGL創(chuàng)建ChimeraX的Ferrin表示，OpenGL比Unity或Unreal需要更多的前期工作，因為開發(fā)者需要直接處理更多的編程細節(jié)，但回報是功能的限制更少。

盡管VR和AR工具已經(jīng)在消費者文化中開始普及，但目前只有少數(shù)實驗室使用了該技術(shù)，而且還有多少人會效仿仍有待觀察。然而，許多倡導(dǎo)者預(yù)測VR和AR可能在未來五年內(nèi)成為標準的實驗室工具。Skillman說，該技術(shù)以三維方式向我們大腦提供信息，而這本應(yīng)是最自然的方式。他指出，在2D屏幕構(gòu)建3D心理模型需要大量的智力工作，但“當你戴上頭顯時，所有這一切工作都會消失。