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从1949年科幻小说《皮格马利翁的眼镜》里的眼镜,到1992年小说《雪崩》里的元宇宙,到1999年电影《骇客帝国》里的矩阵,再到2018年电影《头号玩家》里的绿洲,人类执着于创造关于未来世界的梦。
要实现这个梦,发展VR、AR、MR,似乎是必经之路。
本期,就来讲讲VR。
1疯狂的构想与探路者
虚拟现实技术(VirtualReality,简称VR),起步于20世纪中期。
它是利用计算机,生成一种数字化环境。在这个环境里,人们可以借助专业头盔、眼镜、手套等设备,听到、闻到、摸到虚拟的事物。
我们在《虚拟现实正在改变世界,你还分不清VR、AR、MR吗?》讲过,人类对虚拟现实最早的设想,是来自于一篇科幻小说。
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1935年,美国小说家斯坦利·威因鲍姆的小说《皮格马利翁的眼镜》里,讲到有一种神奇的眼镜,只要戴上它,就能进入到电影当中,做电影的主角。这个眼镜,是VR眼镜的概念雏形。
在今天,虚拟现实想象空间最大的行业是游戏,但人们发明虚拟现实的初衷,是为了在看电影时,感受到“沉浸感”。
历史上第一台VR设备,是出自美国人莫顿·海利希之手。
莫顿是一位电影制作人,获得过1974年戛纳电影节的最佳导演奖。他想打造一个未来影院,让人们能用五官,而不只是用眼睛和耳朵来欣赏电影。
20世纪50年代中期,莫顿创造了第一台VR设备,用来制作3D电影,叫Sensorama。Sensorama体积庞大,拥有3D立体声、3D显示、震动座椅、风扇和气味生成器。
当时,他拍摄了6部电影,用Sensorama来大施拳脚。电影内容基本是直升机、卡丁车、自行车、摩托车骑行等,给Sensorama安了一套硬币装置,放在环球影城。
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游客花25美分,就能体验十分钟骑着摩托车在纽约穿梭的快感,看到街景,感受到振动、感觉到风吹过耳边的感觉,闻到布鲁克林马路的味道。
设计之初,他就想到了用途和收益。比如,被用于训练军队、工人和学生。以超音速飞机为例,莫顿认为VR眼镜能让学生去模拟驾驶,这种教学方式,又安全又好。今天,虚拟现实在医疗、教育等领域被大规模应用,验证了他的构想。
当时,由于技术不成熟、虚拟现实概念没有铺开、机器质量不好等多方面原因,这些发明最终没能存活在市场上。
莫顿发明的VR眼镜,没有头部追踪功能。也就是说,当人们戴着眼镜向左右看时,眼镜里的景象不会变化。
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市场上有其他人,做出了能头部跟踪的设备。
1961年,美国飞歌开发出了头盔显示器的第一个前身——Headsight。Headsight设计的初衷,是为军队服务。它有运动跟踪系统,运动跟踪系统和远程相机相连。人们戴上这个设备扭动头部,就能远程查看四周的情况。
2里程碑与集大成者
到了1968年,一个集合了各路技术、最接近现代VR设备的发明,出现了。
美国人,计算机图形学之父,虚拟现实之父,伊凡·苏泽兰发明了一套功能齐全的VR设备。
这个设备集合了虚拟现实几大要素:视觉有立体感、能生成虚拟画面、能跟踪头部运动、能生成模型、能互动。
设备很重,需要由一副机械臂吊在人的头顶,因此被称为“达摩克利斯之剑”。
简单解释一下“达摩克利斯之剑”的技术原理。
立体显示:设备用了两个CRT显示器分别显示不同视角的图像,让图像有立体感。
生成虚拟画面:视频里的虚拟图像是一个立方体,这个立方体是实时计算渲染出来的。
通过“达摩克利斯之剑”看到的虚拟立方体
头部跟踪:这个看似简陋的设备有三个超声波发生器和四个接收器,用来跟踪头部运动。
模型生成:透过这个设备看画面,虽然图像只是个简单的立方体,但的确是通过空间坐标建立的模型。这个立方体的透视会随着人的视角变化。
画面里,除了这个立方体以外,其他场景都是现实世界里的场景。准确来说,苏泽兰发明的这个头戴显示器,应该是AR产品的鼻祖。
这套设备的最终命运,是被放在实验室,落了一层灰,但是意义重大。它的理论基础,是苏泽兰发表的一篇论文,叫《终极的显示》。本文被公认为虚拟现实技术史上的里程碑。
论文里说,“终极的显示”可以显示一个房间,电脑可以通过设定程序,控制房间中的一切东西都无限逼真……计算机是创造虚拟现实的工具,电脑显示屏幕是“观看虚拟世界的窗口”。
那个年代,第一个鼠标才诞生于斯坦福大学,人类连显卡都没有,虚拟现实却有了雏形。
计算机诞生之时,虚拟世界的大门就敞开了。
3快速发展与入局者
到了80年代,虚拟现实的基本技术快速发展,各个设备都可以独立购买了。
立体显示:市场上已经可以买到Sony生产的便携式LCD显示器了。
生成虚拟画面:那时的显卡每秒可以渲染上千个三角形,已经可以展示复杂的图像了。
头部跟踪:美国Polhemus公司开发出了6个自由度的头部追踪设备,比当年“达摩克利斯之剑”精准程度高得多,还省去了很多束缚。
模型生成:当时的显卡可以做到实时三维建模了。
虚拟环境互动:市场上有带有关节动作传感器的手套。
到了90年代,VR眼镜市场迎来热潮。游戏机公司纷纷趁热推出VR眼镜产品。
但是因为各项技术还不够成熟,产品体验还是比较“糙”,新鲜劲儿过后去后,很多产品都在市场上销声匿迹了。制造者们也冷静下来,坐等技术的进一步发展。
1995年,任天堂出品的VirtualBoy
2012年,轰动一时的头戴显示器OculusRift问世。
发明者不是科学家,是一位不到20岁的电子发烧友,帕尔默·洛基。他从小就痴迷于钻研电子产品,研究过特斯拉线圈,组装过电脑,在VR技术先驱MarkBolas的实验室做实习生。
他从网上买了50多款旧头显进行改造,混迹于技术论坛,组建制作团队,集思广益,一起研发。于是就有了OculusRift。Rift的意思是裂缝,洛基希望产品能成为架设于现实世界和虚拟世界之间的桥梁。
OculusRift显示屏分辨率为1280*800,有效的3D立体分辨率为640*800。在当时来看,算是比较高的。
它的工作原理分两部分。
一部分是通过为左右两眼显示不同的画面,让大脑合成“立体”图像。通过拆解开发者版本,可以看出,这个设备就是用了两个凸透镜放在眼前,然后在后面放了一块手机屏幕。简单说,就是用两个放大镜把手机屏幕放大了,让你感觉视角很宽阔,同时放大镜调整了焦点,画面离得近也能不模糊。
另一部分是利用捕捉运动的组件,让设备精准迅速地捕捉到头部运动。
基于这两部分原理,使用者能感觉到显著的进步,就是视野宽阔,没有了用望远镜时那种“用筒子看世界”的感觉,视线能移动,沉浸感比较好。
通过这款头显,人们发现,VR技术有了重大突破。
2016年,媒体报导热度达到顶峰,虚拟现实达到高潮。
大部分新技术的发展,都会经历起伏。根据技术成熟度曲线,一个新技术的发展过程中,会存在一个过程:新技术诞生,进入大众视野;期望膨胀,机构、企业都想抓住新增长点,仓促入局;泡沫破灭,负面评价接踵而至,市场逐渐冷淡下来;启蒙期,基于之前的失败经验,人们开始改进技术;稳定生产,产业进入实质普及生产阶段。
从2016年至今,全球巨头,包括苹果、谷歌、Facebook、微软、三星、HTC、阿里、腾讯、华为等,都有密集布局动作,和新产品推出。
今天,虚拟现实技术壁垒,基本消除。
虚拟现实,拟的是画面、声音、味道还有触感。这些感觉越逼真,我们离创造新世界的梦想就越近。
在接下来的文章里,我们就从各个方面来解析,看看虚拟现实,发展到哪一步了。
具体内容,咱们后面接着讲。
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