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始于1838年:VR虚拟现实编年史

2016-11-11

数码影像时代 2016年8期
关键词:头戴式显示器眼镜

著有《火星历险记》的科幻小说家斯坦利温鲍姆(StanIey G.Weinbaum)于1935年发表了一部名为《皮格马利翁的眼镜》的短篇科幻小说。小说形象地描写了一个神奇的眼镜一一可以为佩戴者在视觉和听觉之基础上加入嗅觉、触觉乃至现代”实景交互“等功能。这部诞生于81年之前的科幻小说,为虚拟现实应用描绘了一个较为完整的框架。本文将以时间轴的方式,将Vi rtual ReaIitv即虚拟现实技术从概念提出到产品萌芽,再到如今火爆全球的这段历史中诸多关键时间节点、产物、人物呈现给大家。

Ⅰ:理论萌芽阶段(1838-1g35年)1838年:查尔斯·惠斯通(CharIes Wheatstone)的立体图原理:

19世纪英国著名的物理学家查尔斯·惠斯通爵士,于1838年发现并确定立体图原理(Principle of stereo graph)。此原理阐明了双目视觉的实现机制,由此引导他构建了一种由棱镜和镜子组成的器材,从而使人可以从一对二维图像中观察到三维效果。查尔斯在此理论基础上发明了观察立体图像的体视镜,这一产物至今仍用于观察X射线和航空照相。

除此之外,惠斯通对双目视觉、反射式立体镜等进行了深入研究,阐述了视觉可靠性的根源问题。他对人眼的视觉、色觉等生理光学的问题也作了正确的阐述。另外,惠斯通还于1852年发明了一种幻视镜,可以把透视图象倒映在人的眼睛上。

这一原理实际上就是目前一些简易VR产品,如Goog]e Carboard的工作原理。1935年:斯坦利·G温鲍姆(Stanley G.Weinbaum)的小说《皮格马利翁的眼镜》

1935年,小说家斯坦利·G·温鲍姆发表短篇科幻小说《皮格马利翁的眼镜》(Pygmalions Spectacles)。作为《火星历险记》系列小说的原作者,超现实科幻题材是鲍德姆该最擅长的领域。

这副“皮格马利翁的眼镜”被认为是世界上最早的虚拟现实眼镜雏形,戴上它之后,不仅可以深入眼镜里描绘的世界之中,还可以听到、闻到、触摸到其中的人、事、物,最为令人惊叹的是,小说中的眼镜佩戴者甚至可以和画面中的世界发生交互行为,并影响镜中世界的历史进程。这也是世界上最早的关于VR浸入式体验的详尽描述,此目标在近一个世纪之后的今天,仍是VR技术从业者们不倦攀登的技术高峰。

Ⅱ:实验论证阶段(1957~1968年)

1957年:摩登·海里戈(Morton Heilig)的沉浸式体验机器:Sensorama

曾获得1974年戛纳电影节最佳导演奖的摩登·海里戈在电影之外却是一位不折不扣的资深Geek(极客)。他曾在1957年发明了一台可以在观看电影时,产生风、气味、震动等体感交互的沉浸式体验机器“Sensorama”。

当大部分人还在使用黑白电视的时候,他成功造出了一台能够正常运转的3D视频机器。它能让人沉浸于虚拟摩托车上的骑行体验,感受声响、风吹、震动和布鲁克林马路的味道。

然而,Sensorama的设计理念太过前卫,市场和应用的匮乏导致它长时间以来都无人问津。海里戈的妻子玛丽安妮和他一起创作了非常多项发明,以至于写满了52个记事本。但这些发明都没能为夫妇俩创造足够多的财富。为了资助海里戈的发明创造,玛丽安妮四处借债,直到丈夫去世十多年后,债务仍未还清。

1960年:摩登·海里戈的首款头戴式虚拟现实显示器

由于Sensorama诞生之后并未能带来足够的轰动效应和经济效益,在接下来的几年中,摩登·海里戈仍然在虚拟现实领域追索闪烁着的灵光,终于在1960年,发明了历史上第一款头戴式虚拟现实显示器。这个外形粗狂,闪烁着银光的两个“罐头瓶”被头箍式固定装置绑在头上,能够为佩戴者提供3D影像和立体声音频。

海里戈在1960年发明的这款设备,仍然未能在市场上大放异彩。然而它的外形设计、功能配置、工作原理以及设计理念,却已为半个世纪之后的我们制定了可遵循的标准。细心地读者可以看出这个产品是不是还少了些什么?没错,动作追踪模块。

1961年:美国飞歌公司:动作追踪技术专利

在海里戈导演推出“罐头瓶”虚拟现实显示器之后第二年,美国飞歌公司的两位工程师提交了一项运动追踪专利,它原本是为士兵在侦查战场环境时更易于获得外部信息所用。装备此专利技术的小型摄像头会随着头部(或佩戴部位)的动作进行跟随移动。这项专利后来被大范围地运用于各种军事装备和科研设备上。

然而,当时的这项技术并没有丝毫用于虚拟现实设备的意思,主要原因是虚拟现实这一概念不具备明确的商业用途,如果仅仅作为娱乐设备,在当时的那个年代也未免太过昂贵了,要知道在1961年时,连彩色显像管式电视机还未普及呢!不过原理相通,实现途径也就水到渠成了。动作追踪技术也被认为是实现《皮格马利翁的眼镜》中交互体验预言的重要环节。

1963年:雨果·根斯巴克(HugoGe rn sback)的头戴式电视机Teleyeglasses

科幻杂志之父、《现代电子学》杂志创始人、世界科幻文学最高奖项“雨果”奖命名者雨果·根斯巴克也为现代VR设备的成长之路奉献过诸多技术专利。

1963年,科幻作家、发明家和未来学家雨果·根斯巴克在《Life》生活杂志发表了一篇科技创新文章。在文章中,他阐述了自己的最新发明一一Teleyeglasses:这是他在30年以前(也就是1930年代)所构思的一款头戴式的电视收看设备。长长的无线电接收天线和微波调谐旋钮装置于一个小小的长方形盒子里,两块卫星显像管屏幕为观看者提供虚拟全景视野。这和如今我们熟知的虚拟现实技术还相去甚远,但它却为虚拟现实技术埋下了种子。

1965年:伊凡·苏泽兰(ivan sutherIand)的终极显示器:达摩克利斯之剑(Swordof DamocIes 1

图灵奖获得者,计算机图形学之父、人机交互“界面”(Interface)缔造者伊凡·苏泽兰在1965年定义了所谓“终极显示器”的概念。此概念规定,某一种“终极显示器”所提供的内容可以让使用者无法区分与现实世界的差异,主要包括—下三点:

1:通过头戴显示器可以展现3D的视觉和声音效果,能够提供触觉反馈

2:由电脑提供图像并保证实时性:

3:用户能够通过与现实相同的方法s虚拟世界的物体进行互动。这些半个世纪之前的规则沿用至今,为虚拟现实技术的发展确立了方向。

虚拟现实三原则确立后的1968年,伊凡与他的学生制造了第一台与电脑连接的头戴式显示屏。限于当年的制造工艺和技术,这款头戴式眼罩重量和体积并不能轻便佩戴,而需要从天花板上吊下钢索予以悬挂固定,而“摩克利斯之剑”之名由此而来。

和世界上第一台计算机“ENIAC”一样,达摩克利斯之剑更多是作为实验性的前瞻型科技产物,局限于当时的计算机的处理能力以及极为有限的图像处理性能,伊凡的这款“终极显示器”也仅仅只能显示非常原始的,由线条构成的房间和物体。然而,它的诞生也为VR技术的理论实践阶段划上一个圆满的句号,自此开始,虚拟现实技术开始逐步进入市场应用阶段。

Ⅲ:试点应用阶段(1985年一1995年)

1985年:美国航空航天局的VIVED VR计划

在经历海里戈时代VR技术在娱乐业毫无建树的尝试之后,苏泽兰将“终极显示器”概念成功引入美国军方和科技界高层。彼时民用级VR产品高昂的售价和乏善可陈的使用功能另从业者大为悲观,好在国防部门对于虚拟现实设备的应用表现青睐有佳。1985年美国航空航天局(NASA)启用虚拟现实设备“VIVED VR”计划,为NASA打造沉浸式宇宙飞船驾驶模拟训练中心,训练增强宇航员的临场感,使其在太空能够更好的工作。这台设备,无论是命名、设计以及体验方式来说,都和今天已经步入民用市场的VR设备无异。

VIVED VR是一个安装在头盔上的VR设备,配备了一块中等分辨率的2.7英寸液晶显示屏,并结合了实时头部运动追踪。

1987年:虚拟现实之父杰伦·拉尼尔(Jaron Lanier)的虚拟现实头盔

计算机科学家、艺术家、哲学家、虚拟现实之父杰伦·拉尼尔在1987年创造了一个词组“virtual teallty”,也就是我们所谓的VR,虚拟现实。从这一年起,这一研究领域终于有了一个正式的名字。而拉尼尔所创立的企业也成为历史上首个制造并销售虚拟现实头盔的公司。全套设备包含一套动作传感器、电脑输入输出系统、VPL虚拟现实眼镜、提供动作追踪捕捉的操作手套,整套售价近2万美元。

1987年:任天堂公司推出Famicon 3D System眼镜

1987年任天堂公司推出了Famicom 3D System~艮镜,使用主动式快门技术,透过转接器连接任天堂电视游乐器使用,只要比其最知名的Virtual Boy早了近十年。

1993年:世嘉(SEGA)公司推出SEGA VR设备

日本游戏机制造厂商世嘉公司在1993年推出了一款叫做SEGA VR的设备。它具备符合今天构成标准的VR头盔造型,这款设备有头部追踪、立体声音效和LCDI显示屏幕。麻雀虽小五脏俱全,它的诞生为后续VR设备确立了参考标准。然而限于当时的游戏机处理性能,配套的游戏软件只有四款,而且游戏体验并不理想,再加上高昂的售价,很快便被埋没在历史长河之中。

1995年:任天堂公司推出VirtuaI Boy(虚拟男孩)游戏机

V1rtual Boy由横井军平设计,是游戏界对虚拟现实的再一次尝试。原先VB计划以头罩式眼镜方式实现户外娱乐的可能性。时任任天堂总裁山内溥在1995年5月突然独断决定将VB于7月15日投放市场,为了赶在预定目标推出,最终不得不把VB原先的头罩眼镜式设计改为三角支架平置桌面的妥协设计,VRboy称得上是任天堂最革命的产品,横井军平试图用一种突破性的创意来改变游戏的发展方向,可惜由于理念过于前卫以及当时本身技术力的局限等原因vB被唾弃。

Ⅳ:规模化普及阶段(1998年~至今)

1998年:索尼公司的PC GIasstron个人头戴式显示器

1998年,索尼将PC Glasstron头戴式液晶显示器投放市场。虽然这不是真正的VR设备,但它可以生成一个等效SVGA(8D0×600)分辨率的30英寸的屏幕,并备有立体声音频功能。显示屏的透明度也可以调整,以让用户可以在观看屏幕同事看清周围的环境,此项显示技术至今仍会出现在各种科幻影视作品中。

2006年:东芝推出的头戴式显示器

东芝在2006年推出一款头戴式显示器。根据美联社报道,东芝公司计划向虚拟现实的游戏玩家推出这款设备,并表示它可以给佩戴者带来120度(垂直)和160度(水平)的视角。由于采用了全覆盖式头盔设计,用户的沉浸感将得到很大保障。然而不幸的是,这款设计超前的设备最终因其3公斤的笨重造型被公司砍掉。

2012年:索尼HMZ-T1型3D头戴式显示器

索尼HMZ-T1是由索尼开发的3D头盔式显示器,可应用于3D电影、游戏。该产品于2012年2月23日在日本首次发布。由于此款机型内置了5.1声道环绕声耳机,所以索尼又称其为“头戴3D个人影院”。之后,索尼公司又推出了“索尼HMZ-T2”、“prototype-sr等后续机型。

2012年:掀起20亿美元收购巨浪的ocuIus Rift

Oculus Rift是一款为电子游戏设计的头戴式显示器,现代FPS游戏之父约翰·卡马克担任该公司的CTO。这款设备很可能改变未来人们游戏的方式,它具备两个目镜,每个目镜的分辨率为640×800,双眼的视觉合并之后拥有1280×800的分辨率。具有陀螺仪控制的视角是这款游戏设备的一大特色,这样一来,游戏中的沉浸感大幅提升。0culus RiftDqF以通过DVI、HDMI、micro USB接口连接电脑或游戏机。该公司已于2014年3月26曰由美国社交网络平台Facebook斥资20亿美元收购。

2014年:谷歌公司推出的GoogIe Cardboard廉价VR眼镜

Google Cardboard是一个以透镜、磁铁、魔鬼毡以及橡皮筋组合而成,可折叠的智能手机头戴式显示器,提供虚拟实境体验。装载3D显示软件的智能手机适合搭配此装置,透镜会让使用者分别感知左影像和右影像,以建立一个3D影像。

此穿戴式装置由Google公司设计,然而并没有任何官方的制造商或供应商;取而代之的是,Google在其网站上免费提供零件列表、示意图及组装说明,鼓励一般人用容易取得的零件自行组装。结果就是,它成为历史上销量最佳的VR产品!总共售出超过500万套。

2016年:HTC公司与阿里云共同探索VR云服务

2016年8月,阿里云表示,将为HTC Vive虚拟现实应用商店Viveport提供云服务。双方将共同利用开发者资源展开虚拟现实产业完整生态圈的运营,为VR领域的开发者输出更为完备的解决方案与开发环境,提供云资源等相关扶持,帮助VR创客追逐梦想,打造VR云生态。具备中国最强大数据及云处理技术的阿里云和具备前沿VR硬件研发能力的HTC公司将从软件、硬件、互联网三个角度入手,协同解决VR技术在内容开发、硬件研发及在线应用方面的各种问题,为该技术的快速普及铺平道路。

VIVED VR之后的VR设备,基本上没有脱离伊凡·苏泽兰时代确立的“终极显示器”构造原则,得益于20年来大规模集成电路、液晶显示技术的飞跃式发展,以头戴式VR设备为代表的虚拟现实产品价格大幅下降,显示性能和体验效果取得革命性的提升。虽然在实时显示帧率、传输带宽、VR内容生产编辑等方面还有一些技术层面的问题需要完善,但大多数业内人士对VR技术成为继电视、电脑、手机之后下一代互联网入口设备这一推想表示认同。

经历了几轮跌宕起伏的热潮与沉寂之后,VR近两百年的历史演进横跨工业时代与信息时代,它是否真能像近百年前的科幻小说描写的那样,成为如手机一样拓展人类感官功能的日常必备品,我们将拭目以待。

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