由上周和基友关于可穿戴手机的争辩引出的全息投影、AR、VR这一系列话题这篇就算是一只短暂的结尾了，填坑算不上，就是想了解一点点罢了，顺带写一写，在这之前毕竟很久没有写东西了，可能也是借此抒发心中的某种悸动吧。昨儿歇了一日，今儿就打算迎来这样的结尾，如果确实是结尾的话……话说用VR这只话题来结尾是不是有些突兀？

VR（Virtual Reality，虚拟现实）在Wikipedia 有较为详尽的定义：简称虚拟技术，也称虚拟环境，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉等感官的模拟，让用户感觉仿佛身历其境，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感。该技术集成了电脑图形、电脑仿真、人工智能、感应、显示及网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由电脑技术辅助生成的高技术模拟系统。 Wikipedia 这只定义还是比较容易理解的，但是似乎其中有一定的问题， “ 没有限制地观察三维空间内的事物 ” 这个表述似乎不太准确吧，大家应该都了解使用者是会被设备的有限范围限制的，无法脱离预先布设好的这个环境，所以 …… 不过从概念出发确实还是能够获得一些很重要的信息的，比如 VR 设备或者说系统所需要具备的三个基本特征 “ 沉浸 — 交互 — 构想 ” ， Wikipedia 将其简称为 3I （ immersion-interaction-imagination ）， VR 所要带来的沉浸体验与交互不仅限于传统的视觉模拟，还会有声音体验以及触觉体验等。

说起VR概念和技术的起源，就像笔者在上一只浅谈AR的文章中叙述的那样，初期VR与AR并没有明确的划分，所以难免还会有很多交叉之处，如果是细读过上一只文章的看官，在VR的起源以及早期发展这里就可以选择性地跳过以节省一部分时间。很多科技进步都离不开人们最初的幻想，VR最初就出现在科幻作品中。现在学界所公认第一步探讨虚拟现实的科幻作品是1935年斯坦利 ·G· 温鲍姆（ Stanley G. Weinbaum ）的科幻小说《皮格马利翁的眼镜（ Pygmalions Spectacles ）》，简短的故事中详细地描述了包括嗅觉、触觉和全息护目镜为基础的虚拟现实系统（详查了一下才发现，皮格马利翁的桥段来自于希腊神话，还是个颇为有趣的故事，感兴趣的看官可以去看看）。这里还有一只颇有意思的科幻作品，是 1950 年雷 · 布拉德伯利（ Ray Bradbury ）所作的《兽之原（ The Veldt ）》，书中描述了一对夫妇购买了一只全能儿童房，他们打开门后看到了极尽真实的景象： “ 狮子草飘着秸秆热的气味，隐蔽的出水孔飘着清凉的味道，尘土闻起来像热空气中的红辣椒。远处传来了羚羊在草原飞奔的羊蹄音，秃鹰沙沙作响的声音，通过天空蒙上了阴影。影子打在乔治 · 哈德利正冒汗的脸。 ” 现在看来这无疑是一段关于 VR 技术的描写。

皮格马利翁的眼镜图自OFFLINE

1957 年， Morton Heiling 发明了 Sensorama Simulator ，这是一种可以生成 3D 影像的模拟器，集成了香味、风、云等设计，试图创造出如真实般的幻觉，他还专门为这只机器拍摄了 5 只短片，可以同时进行多种感官（视觉，听觉，嗅觉，触觉）。 1968 年，世界公认的与当代设备设计相仿的头戴显示器出现了，它的发明者是计算机图形学之父、虚拟现实之父、图灵奖的获得者伊凡 · 萨瑟兰（ Ivan Sutherland ），萨瑟兰将其发明的头戴显示设备命名为 “ 达摩克利斯之剑 ” （ The Sword of Damocles ），整套系统将显示设备放置在用户头顶的天花板，并通过连接杆和头戴设备相连，能够将简单线框图转换为 3D 效果的图像。

Sensorama 图自Wikipedia

80 年代，另一只虚拟现实之父出现了，他对于 VR 早期的发展与相关研究的贡献得到了诸多同行的认可，他就是贾瑞恩·拉尼尔（ Jaron Lanier ），他在 1985 年与汤姆 · 齐默尔曼等人合伙成立了 VPL Research 。 VPL Research 持有许多 80 年代中期的 VR 技术专利，他们开发了第一个被广泛使用的头戴式可视设备（ Head Mount Display ， HMD ） EyePhone 、触觉输出设备 — 数据手套 Data Glove 、环绕音响系统 AudioSphere 、 3D 引擎 Issac 、 VR 操作系统 Body Electric 等，并且 Jaron Lanier 被认为在 1989 年正式提出了Virtual Reality这一词组。这里需要说明的是，由牛津词典列举的最早使用是在 1987 年的一篇题为 “Virtual Reality” 的文章，但讲的却不是如今意义上虚拟现实技术。所以对于正式提出 VR 概念并且做出了突出贡献的 Jaron Lanier ，将其称作虚拟现实之父也是再正常不过的。这里笔者还想就 Jaron Lanier 此人多说两句，在他的百度百科词条中，他除了是一只计算机科学家之外，同时也有着艺术家（作曲与表演）和哲学家的身份。他的哲学作品《你不是一个器件（ You are not a gadget ）》阐述了这样的观点：在网络时代，网络的滥用会压制个人的声音，而个人的本性将消失在网络中。他的观点不仅仅涉及到网络时代信息安全与隐私之类的，笔者在意的是他对于网络设备用户人性的关注，我们会在网络时代的浪潮中走出怎样的一条路呢？是就这样汇入这股大流之中还是保持作为个体的思想独立与自由？这是个问题，笔者暂时无法回答，在这里提出来供诸位看官共同思考。

贾瑞恩·拉尼尔（Jaron Lanier）

80 年代到 90 年代，一股 VR 热从科技圈扩散到全球，众多的科幻小说与电影在这个过程中扮演了极其重要的角色，更多的人就是通过这样的方式第一次对于 VR 有了一个初步的认识。这里有一只科幻小说笔者认为不得不提，它就是 1984 年出版的威廉 · 吉布森所著的科幻小说《神经漫游者》，不仅仅因为它是迄今为止唯一一只同时获得 “ 雨果奖 ” （ Hugo Award ）、 “ 星云奖 ” （ Nebula Award ）与 “ 菲利普 · 狄克奖 ” （ Philip K. Dick Award ）三大科幻小说大奖的著作，更重要的是小说中关于 VR （书中称作 “ 赛博空间 ” ）的描写所引发的科技与文化浪潮。从这只书中诞生的赛博朋克催生了《攻壳机动队》和《黑客帝国》等影响深远的作品，至今在网络世界的文化潮流中仍占据着一席之地。对于一只文学作品来说，引发文化浪潮应该是最高的殊荣之一了吧。同一时期还有 1992 年出版的科幻小说家 Neal Stephenson 的 VR 小说《雪崩》， 1994 年的《披露》、 1995 年的《捍卫机密》、 2000 年的《 X 档案》、 2001 的《睁开你的双眼》、 2002 的《少数派报告》等电影都带有一定的 VR 桥段。这些科幻小说和电影给大家展示了一个全新的世界， VR 相关行业也开始梦想着终有一天实现如同《黑客帝国》中一般令人震撼和逼真的场景。

好吧还是让我们将目光放回到 VR 上来， 1995 年任天堂推出了 Virtual Boy 主机，十分前卫地使用了类似 3D 电影的技术来产生立体效果，而且计划每月会推出 2 到 3 只游戏，号称为玩家带来虚拟现实的体验。然而，事实证明，最早吃鸡的人不一定会吃到鸡腿，任天堂当时无疑就吃到了鸡屁股，仓促推出市场使得硬件由头戴式变成了三脚架支撑，加上画面显示的红色单一色彩，实际体验效果极差，而且配属游戏作品纷纷跳票。最终仅仅在市场上生存了六个月就销声匿迹， VR 游戏的首次尝试也就随之烟消云散，而且被《时代周刊》评为 “ 史上最差的 50 个发明 ” 之一，此项目的主导者，开发了马里奥和 Game Boy 等一系列经典游戏和产品的任天堂的大功臣横井军平也因此而引咎离职。但是不可否认的是， Virtual Boy 为 VR 硬件进军消费者市场市场打开了一扇门，而且有意思的一点是，因为全球销量只有 77 万台，在 VR 概念重新火爆的今天它反而成为了收藏界的爆款，横井军平知道的话也可以安息了吧（离开任天堂 2 年后的 1997 年横井军平亡于车祸）。

任天堂Virtual Boy 图自搜狐

21 世纪的前 10 年整个科技圈的注意力都被手机吸引了过去， VR 似乎被大家遗忘了，有人将这段时间称为爆发前的静默酝酿期，也就是黎明前的黑暗，所以尽管这一段时间 VR 仍有一些较为深入地研究和应用，但相信经历了黎明的的大家都难以忍受黑暗，所以我们将时间快进到 2016 年，来看看这个所谓的 VR 元年究竟给我们带来了怎样的光明。 VR 行业的井喷起源于 Facebook 以 20 亿美金收购年仅两岁的 Oculus ，这一事件让整个科技圈与资本界都坐不住了，沉寂了多年的 VR ，终于迎来了爆发。 2014 年，各大公司纷纷开始推出自己的 VR 产品，谷歌推出了廉价易用的 Cardboard ，三星推出了 Gear VR 等，消费级的 VR 开始大量涌现。影响最大的就是去年先后开售的 Oculus Rift 、 HTC Vive 和 PS VR ，因为其引发的巨大话题性和本身不错的用户体验，这三只设备之后笔者会在下文加以详述。大量 VR 设备推出的同时， VR 内容也日益丰富，出现了众多的 VR 视频， VR 游戏以及 VR 软件，笔者印象中当时引发最多关注的应该就是 I 社的大作《 VR 女友》了，可能很多人也都对此有所接触或了解，但笔者对这只游戏确实印象深刻，所以留待下文再谈。当然这之后的事儿想必大家也都知晓了，这里也不再啰嗦。

谷歌Cardboard

好像一任性发展历史又写太多了，真是不克制啊，不过接下来的原理，就算笔者想要多说说，可能语言也很有限，请诸位多多包涵。从上文的定义中其实也已经可以大致了解到 VR 的一些技术原理，这里笔者主要谈的就是原理中的一些要点与难点。首先大家一般谈到 VR 更多的还是视觉体验，所以就先来说说 VR 体验中的难点之一 — 立体视觉。人眼的视觉是可以感觉出深度的，有了深度的信息后，才能判断出物体在立体空间中的相对位置。由于双眼的位置不一样，所以看到的物体会有双眼视差，大脑会将双眼得到的两个影像进行融合，从而使人产生立体的视觉。而 VR 技术中所要构建的虚拟世界，所产生的虚拟画面必须是立体的，要展示给我们一个 360 度可见的随时变化的世界，这一点在内容上就需要通过现有的 3D 游戏引擎来实现，事实上早期只有 Unity 引擎支持 VR 开发，但现在虚幻引擎与寒霜引擎等均已经支持 VR 平台的开发。而在 VR 系统中，用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。

立体视觉示意

VR 定义中提到了可以及时地观察三维空间中的事物，这就涉及到了 VR 的另一只核心技术：现实世界与虚拟空间的同步。在介绍 AR 原理的时候笔者也提到了这一点，通过头部跟踪设备实时追踪用户头部或者眼睛的动作变化，如果用户的空间位置发生了变化，则还需要追踪移动过程，然后快速、准确地反馈到虚拟场景与显示器中，这样人眼所看到的场景才会产生相应的变化。经常有人说戴着 VR 设备会感觉头晕，很大一部分就是不同步造成的，这和算法有很大关系，同时也需要较强的移动计算能力，动作感应说起来似乎很容易，实际上要做到快和准是很难的。

除了上面提到的两点，要获得逼真的虚拟现实体验的话，还需要解决语音的输入输出、感觉反馈以及控制与显示等问题。在目前的 VR 系统中，声音的方向与用户头部的运动无关，这一点和现实世界中是有差异的。语音的输入输出要求设备能听懂人类的语言，并且要实时与人互动，但是计算机识别人的语音是相当困难的，我们所接触到的语音助手大家都知道要正常地交流确实不太容易，更不用说识别复杂场景的语音了。使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题，首先是效率问题，为便于计算机理解，输入的语音可能会相当啰嗦。其次是正确性问题，计算机理解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。关于感觉反馈，主要是通过所佩戴手套来实现，手套的内层安装了一些可以振动的触点，这样接触物体时就会产生触觉。

按照套路接下来就是 VR 的应用。由于 VR 所具有的特性以及沉浸式的体验，所以目前广泛应用于军事航天、医疗、工业仿真、室内设计、应急推演、建筑、地理、文物保护、教育、交通、制造、能源、生物、娱乐等众多领域，笔者在这里着重介绍一下 VR 在医疗领域的应用。

VR 在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、 HMD 、感觉手套，医疗人员可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。在医学院校，学生可在虚拟实验室中，进行“ 尸体 ” 解剖和各种手术练习。用这项技术，由于不受标本、场地等的限制，所以培训费用大大降低。一些用于医学培训、实习和研究的VR系统，仿真程度非常高，其优越性和效果是不可估量和不可比拟的。外科医生在真正动手术之前，通过VR技术的帮助，能在显示器上重复地模拟手术，移动人体内的器官，寻找最佳手术方案并提高熟练度。在远距离遥控外科手术，复杂手术的计划安排，手术过程的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生活状况，乃至新药研制等方面，VR技术都能发挥十分重要的作用。

医学的VR呈现图自乐智网

除了上述的应用之外，就像上文提到的一样，笔者想要详述一下目前消费者市场中最受关注的三只 VR 设备 — Oculus Rift 、 HTC Vive 和 PS VR ，毕竟它们三只在 HMD （头戴式设备）中占据了重要的地位，而且大部分的专业人士都认为在目前的技术条件下，它们三只算是最优秀的了。 Oculus Rift 屏幕的分辨率为 2160×1200 ，刷新率为 90Hz ，同时提供了 110 度的视角范围。 Oculus Rift 使用了一个摄像头来追踪用户的位置，而这套 Constellation 追踪系统目前已经达到了 360 度的水平，并且通过安装在环境空间的传感器来定位用户在空间中的位置。配套的Oculus Touch 手柄很轻，并且可以直接用拇指在上面进行操作，并且持握的手感也相当不错。除外，Oculus Rift 拥有 Head-Related 传输技术，通过结合 Oculus Rift 的头部追踪传感器能够带来 3D 音效。但是对于五官比较小、鼻梁比较低的用户来说，Oculus Rift 有漏光的现象。根据官方网站的介绍，Oculus Rift 对于硬件的要求基本上属于 PC 的中端配置，比如英特尔 i5 处理器、 8GB 运行内存、 NVIDIA GTX970 或 AMD 290 显卡都可以满足 Oculus Rift 对于配置的需求。同时在Oculus 平台上游戏内容还是较为丰富的，这样看来Oculus Rift 的整体表现还是较为均衡的， 599 美元（约合人民币 3992 元）的价格似乎也不算离谱，当然前提是你要有一台官方要求的中端配置以上的电脑，相信这账大家也都会算。不过从市场反应来看，我猜小扎现在会不会有点后悔当年这笔 20 亿美元的交易。

Oculus Rift 图自凤凰游戏

HTC Vive 配备了两块 2160×1200 分辨率 90Hz 刷新率的 OLED 显示屏，提供了 9:5 的画面比例，视野角度为 11 度。它的正面布满了各种传感器和摄像头，因此看起来要比PS VR 与 Oculus Rift 更加复杂一些，而且也确实比它们两者要笨重一些。它的内侧覆盖了泡沫使得佩戴起来更舒适，并且还能起到防滑的作用，不会在游戏的过程中导致头盔下滑，然而似乎也更容易出汗水。 HTC Vive 的一大亮点就是 Roomscale VR 技术可以让用户在 4.5×4.5 米的空间内所有头部和手上的动作都会被实时追踪。这就意味着用户可以完全沉溺在一个封闭的空间里，而不管是坐着还是站着都没问题，这使得实际体验效果好了很多。但是与 V 社的合作让 HTC Vive 平台上缺乏大作，最近似乎才有所改善。 HTC Vive 是 HTC 的转型之作，也是救赎之作，出厂的时候确实收获了相当多的称赞，雪姨也是显得颇为意气风发地说 HTC 将全面 VR ，结果，事实证明真的不能乱立 flag 啊，这两天笔者就看到了不止一只唱衰 HTC 的文章。 HTC 迄今为止已经连续九季度亏损，今年的旗舰机 U11 虽然好评如潮但是仍然独木难支，甚至有传言说 HTC 将剥离 VR 业务或者整体出售，这也不是 HTC 第一次传出这样的消息了，在智能手机上的态势似乎已经注定，孤注一掷投资 VR 会迎来黎明吗？ Help this company ！

HTC Vive 图自野玩儿

PS VR 相比于前两只最大的不同就是它是基于大法的 PS 平台的，完全依靠于 PS4 ，这也就意味着你不需要花个大几千块去配一只中端以上的电脑，当然前提是你要有一只 PS4 （仔细想想差别可能真没那么大）。它配了单个的 5.7 英寸 1920×1080p 分辨率 OLED 显示屏， 100 度的视角略小于 HTC Vive 和 Oculus Rift ，但是这只屏幕的刷新率可以从 90Hz 调高到 120Hz ，高于竞争对手。 PS VR 佩戴起来舒适度很好，并且就算是戴眼镜的人也可以直接使用，另外各种按钮也可以轻易的触碰到，但是也存在些微漏光的问题。得益于大法的黑科技， PS VR 通过专门的 3D 音效引擎，能够对游戏内的音效进行立体的呈现，如果带上耳机的话，包括楼顶直升机、或者脚下的楼梯，都可以带来相当真实的现场感体验。相比于HTC Vive 和 Oculus Rift ， PS VR 还有一只不大不小的问题，它没有空间追踪系统，所以用户的活动范围就被限制在了沙发附近。但是 PS VR 支持的游戏是最多的，当然这也是大法的功劳。这三只的大概数据和特点笔者都介绍了一二，但是现在的问题是，这些顶尖的 VR 设备仍旧不能带给用户最好的体验，眩晕感、疲劳感、视线限制、活动限制等一系列问题使得这只关于 VR 的美梦还未完全来临。

PS VR 图自中关村在线

谈完了硬件说一说软件，上一只谈 AR 的文章有业内人士看完后说他们公司就是专门做这行的，但是几乎不涉及硬件，就是在搞内容创作，这确实是一个内容为王的时代，硬件已经许久没有大的突破了，而内容适配如果不给力的话，再好的硬件也只是鸡肋罢了。这里要谈的就是去年 10 月 13 日 illusion 正式发布的 VR 大作《 VR 女友》。 VR 兴起的时候引发巨大震动的除了游戏业就是大家都懂得不可描述的领域，甚至有人说就是这样的不可描述推动着人类社会的发展，《 VR 女友》可以说是巧妙地将这两个行业结合了起来，机智啊。笔者是在基友的推荐下看了四脚鸡《 VR 女友》那一期的视频，看的过程，我想大家应该都懂，已经不是一般那种所谓的全程痴汉脸了，要不是基友还在旁边我可能真要贴屏幕上了。当然除了这种肢体上的满足，带给我的震撼确实是空前的，原来 VR 技术已经到这种地步了啊，我不由得赞叹，真的仿佛打开了一扇新的大门一般，也就是那时候开始，我对于 VR 相关的信息就格外关注，我大概也梦想着有一天处在这种真实的幻境之中吧。

去年被业内普遍认为是 VR 元年，一般来说元年之后就该蓬勃发展了吧，然而事实上笔者确实感觉今年以来 VR 相关的消息少了很多，这是元年之后顿时就严冬的节奏吗？出生的婴儿怎么能熬过寒冬呢？还是说 VR 这个概念本就是一只大的肥皂泡，市场给出了公正的评判，毫不犹豫地戳破了它？笔者暂时没法回答这问题，但是在现下的科技界，没有钱，还能烧什么呢？

至此关于全息投影、 AR 和 VR 整个系列的内容就暂时告一段落了，从萌生想法到准备资料再到动笔和截稿用了差不多一周的时间，为了能够更加详尽地描述相关问题，所以查询资料的量还是较大的，这其中有用信息的摘选就费时不少，当然最耗时的还是尽量用自己能理解的话来描述一些很专业的名词和过程，对于笔者这种完全门外汉来说，有些理论理解起来确实还是有些困哪，所以表述出来可能就很不准确，甚至笔者的理解就是错的，还是请大家见谅吧，如果有错误请一定指点一二。笔者讨论的这三只技术本质上都是在欺骗人类的视觉和感知系统，但是我们确实是通过这些真实的感觉来认知我们所生活的世界的，难道要说我们的感觉都是虚假的吗？人们在三维空间所感受的一切，可能只是宇宙深处的全息投影，全息原理提出了这样的观点，似乎是颇为玄学，但我想着，没有人类作为观察者的话，我们的宇宙还会是现在所显露出的样子吗？

p.s. 写到一半的时候中暑了（今夏第三次），颇有点儿上下都那啥的感觉，趴那儿就像咸鱼一样一动不动了，但是看了一集《来自深圳》感觉我一个虎背熊腰的彪形大汉这样也太矫情了吧，所以尽管这过程好像还是很矫情但还是爬起来继续码字了，所以这样说出来是不是仍然很矫情？

【科技漫谭】浅谈VR（虚拟现实）