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[分享] VR的发展史

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文章分類:VIVE / 第三方廠商配件

embargoatrocious2022-7-19 19:56

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。

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