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聊一聊VR虚拟现实(一):VR的发展史

聊一聊VR虚拟现实(一):VR的发展史

1999 年上映的《黑客帝国》,在科幻爱好者间引起了一股热潮,主角 Neo 在虚拟世界中有如神一般 随心所欲的瞬间切换场所,飞天入地,甚至能躲开飞速而来的子弹。这种种离奇体验,让人们拍案叫绝,羡慕不已。

虽然这一切都只存在于Matrix的虚拟空间中,但因为各种感官刺激信号通过头部后面的接口直接传入大脑,绕过了各种感受器官。对于人类来说,根本区分不开现实与虚幻。所有的感受(触觉、视觉、嗅觉 等等)都与真实无异。

然而在人类现今技术水平下,脑后 “插管” 的方式只是科学幻想。当前的虚拟现实,还只能通过在“外部” 干预各个感官(眼睛、耳朵 等)的输入,来营造 虚拟 的氛围。比如,最常见的 VR眼镜,3D环绕音响,震动反馈手套 等等。其中以VR眼镜的实现难度最大,技术含量最高,因为人的眼睛是接收信息量最大的器官,也是最难欺骗的器官。

本专栏将会发表系列文章《八一八 VR虚拟现实》,系统介绍一下 VR眼镜的发展史,主流设备介绍、目前的技术难题、应用场景 等。希望对大家能有所帮助。


一. VR眼镜的发展史

1930s 科学幻想

VR(Virtual Reality) 即 虚拟现实,在过去的2016 年,受到了人们的热捧。虽然人们喜欢称2016年为 VR 元年。但其实早在上个世纪30年代,作家Stanley G.Weinbaum就在其小说《皮格马利翁的眼镜》中,提到了这样一种 虚拟现实的眼镜。

当人们戴上它时,可以 看到、听到、闻到 里面的角色感受到的事物,有如真实的生活在其中一般。历史再一次证明,科幻小说是引领科学发展方向的先头部队。

1950s-1960s 早期研究

上个世纪50年代中期,爱折腾的美国摄影师 Morton Heilig 发明了第一台VR设备:Sensorama (1962年提交专利)。这台设备被一些人认为是 VR 设备的鼻祖。

它非常庞大(如下图),屏幕固定,拥有 3D立体声、3D显示、震动座椅、风扇(模拟风吹)以及 气味生成器。可见,在早期,人们对 虚拟现实 的理解,就已经不仅限于视觉。

1960年,又是 Morton Heilig ,提交的一份设计更为巧妙的 VR 眼镜的专利文件,将 Weinbaum 小说里幻想的设备,拉到了现实中。

从外观上看,这套VR设备的设计,跟现代VR眼镜非常的相像。但是,它只拥有立体显示功能,并没有 姿态追踪 功能。也就是说当人们戴着眼镜向左右看时,眼镜里的景象不会发生变化。


转眼到了 1968 年,美国计算机科学家 Ivan Sutherland 发明了最接近于现代VR设备概念的 VR眼镜原型,因为其重量大,需要由一副机械臂吊在人的头顶,因此被戏称为“达摩克利斯之剑”

这个VR眼镜,通过 超声 + 机械轴,实现了初步的 姿态检测 功能。当用户的头部姿态变化时,计算机会实时计算出新的图形,显示给用户。可以说,现代的VR眼镜,都是对 “达摩克利斯之剑” 的实现技术革新。(它也被称为AR的鼻祖)


1990s 第一次VR热潮

到了90年代,随着市场的热捧,VR眼镜迎来了第一次热潮。

如果你生活在那个年代,你会发现,市场上媒体对VR的描述跟现在非常类似:


上图,引用自 Scott Stein 的一篇介绍VR的文章。左边这张杂志,是1993年6月《科技新生活》,右边这本杂志,则是2015年8月17日《时代周刊》。是不是很像?

这种高科技玩具的产品化,引起了媒体和行业人士的极大兴趣,各大游戏机公司将其视为游戏业的一次变革机会,争先恐后地推出自己的VR眼镜产品。这里我们就不一一介绍,只给大家看一些图片。


上述产品,虽然外观跟我们今天看到的VR并没区别,但是 90年代的 显示器技术、3D渲染技术 和 动作检测 技术并不成熟。观看体验 远远达不到“可用”的标准。

比如 其中比较有名的 Virtual Boy (任天堂出品),只支持 红黑 两色显示,单眼分辨率只有384x224,颗粒感非常严重。


其他的品牌,虽然有的支持姿态检测,但是性能却很差。
这些VR产品上市后,被玩家诟病。所以,作为 VR 的 “早产儿”,它们无一例外的迅速在市场上销声匿迹。制造者们也认清了理想与现实间的巨大壁垒,纷纷偃旗息鼓,坐等技术的进一步发展。

2012 VR热潮重启

2012 年 Oculus Rift 问世,这是一款在 Kickstarter 上众筹 250万美元 的VR眼镜设备,它将人们的视野重新拉回到了 VR 领域,创始人本身是一个VR收集控,他用遍了上个世纪的各种VR,体验都不尽人意,于是决定自己动手,于是便有了 Oculus Rift。

通过 Oculus Rift,人们惊讶的发现,VR所需要的技术,近年来已经默默的产生了重大的突破。公众对VR的兴趣重新被燃起。也让企业看到了新的发展机遇。


2014 年,开源界的老大哥 Google 发布了其VR体验版解决方案:CardBoard。使得人们能以极低的价格,体验到新一代的VR的效果。

CardBoard方案,需要使用自己的手机作为显示器(需要有陀螺仪),CardBoard本身结构很简单,价格也很便宜。

现在市面上的 需要嵌入手机的 VR眼镜(暴风墨镜、小米VR等),都是基于这个思路。其详细结构,我们会在下一个章节介绍。


2015年,HTC vive 在 MWC2015 上正式发布,次年,索尼公布PSVR,随后大量的厂家开始研发自己的VR设备,VR新元年正式开始。


看到这里,大家可能觉得VR技术的发展很起伏跌宕。但其实大部分新技术,从概念出现到最终普及,都会经历一个起伏的阶段。而且,业界有一条专门描述这个过程的曲线,叫做 技术成熟度曲线(The Hype Cycle)。


曲线横轴是 技术随着时间的发展的成熟度,纵轴 则是 技术的 曝光度/业界的关注度。


从曲线中可以看出,一个新技术的发展过程中,会存在这样一个规律:

新技术诞生 (Technology Trigger):新技术被提出,开始逐步进入大众视野,不断有原型产品被开发出来,刺激着大众的好奇心。
期望膨胀(Peak of Inflated Expectations):大众企业/研究机构 开始仓促进入新领域,意图抓住新的增长点,占领先机。在这个时期,人们往往忽视新技术的不足,盲目的投入人力物力,同时,媒介宣传上,也会盲目乐观, 迎合大众的兴趣,过高的宣传新技术的光明前景。
泡沫破灭 (Trough of Disillusionment):当一批批的产品被研发出来,并仓促投入到市场中时,人们终于发现,原来所谓的“光明前景”远远没有到来,各种负面的评价接踵而至,企业也终于认清现实,开始收紧投资,整个市场逐渐冷淡下来。
启蒙期 (Slope of Enlightenment):基于第一波产品的失败经验教训,人们开始缓慢地对新技术进行改进,逐步提升效果
稳定生产 (Plateau of Productivity):当新技术的性能/效果,最终能满足需求时,才进入实质的普及生产阶段。

在VR发展史上,正好可以对应到前面的几个年代时期。


了解技术成熟度曲线,可以帮助我们在新技术的应用过程中,更清晰地把握时机,做出正确的判断。

预告:在下一章节中,会给大家介绍一下当前主流的设备(嵌入机、一体机)、性能、技术方案 等。


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文章发出后,在知乎上又搜出一篇对 VR 的历史讲的更详尽的文章《VR的前生今世》(共5章),对历史有兴趣的,可以移步该文章。

编辑于 08-17

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