虚拟现实的起源、趋势及应用
2016年，又一個“虛擬現實元年”， 自從2014年3月 Facebook宣布以20億美元收購Oculus之后，每一年都成了“虛擬現實元年”。
同樣，自2013年12月14新三板擴容至全國后，便出現了井噴式的發展，2014年由此也被稱為“新三板元年”，自此之后的每一年也都被稱之為“新三板元年”。
互聯網元年、大數據元年、云計算元年… 科技圈好像特別偏愛“元年”這個詞。至少有兩個原因：1. 第一總是好的，凡事都要搶第一，這是我們的傳統。人生的第一桶金，過年的頭一炷香，連宴席上第一個動筷子的人都是身份地位的象征。2. 革命思想作祟，我們內心深處都是希望革命的，都希望做每個時代的革命者，能當上君王最好，說不定我運氣好了，趕上這撥兒了呢！VR界的BAT，聽著就那么振奮人心鼓舞士氣。當然，這都是我意淫的，在當下浩浩蕩蕩的造詞營（hu）銷（you）運動面前，不是心理學就能簡單解釋的清楚的，而且我也沒學過心理學…
在科學技術領域不能簡單粗暴的以革命的辦法來定義某一年是“元年”。1801年，被譽為“無機化學之父”的英國人漢弗里·戴維Humphry Davy就將鉑絲通電發光，7年后他又用2000節電池和兩根炭棒，制成世界上第一盞弧光燈。漢弗里·戴維死后的第25年，生于德國人亨利·戈培爾Heinrich G?bel用一根炭化的竹絲，放在真空的玻璃瓶下通電發光，發明了第一個白熾燈，并且可以維持400小時。又過了25年英國人約瑟夫·威爾森·斯旺JosephWilson Swan以真空下用碳絲通電的燈泡在英國申請并獲得了專利，并與1875年把專利賣給了美國人托馬斯·愛迪生Thomas Edison。1880年愛迪生造出的炭化竹絲燈泡曾成功在實驗室維持1200小時。請問，哪一年是電燈泡的元年？
以上參考資料來自維基百科，好了我裝完X了，我們來聊聊虛擬現實吧。
幾年前提到虛擬現實，大部分人第一反應還都會想到好萊塢的科幻電影，而現在大家都知道了Oculus頭盔，虛擬現實似乎和頭戴式顯示器HMD劃上了等號。當然，這對于一個行業的發展是好事，將虛擬現實符號化更加有利于傳播。
對于虛擬現實的通俗解釋是：利用計算機技術從空間和位置上來模擬人類視覺、聽覺、觸覺甚至是嗅覺的感受，從而達到身臨其境的效果。現在被廣泛用來推廣和宣傳的虛擬現實頭盔就是視覺上的模擬，當然視覺上的模擬還有很多種形式，一會我們展開來聊。
配合光學捕捉系統和數據手套使用的頭戴式顯示器
聽覺上的模擬早在上個世紀就已經出現了。1957年美國Audio Fidelity Records公司就第一次將立體聲引入商業唱片領域，1957年可視為唱片錄音史上Mono與Stereo的重要分水嶺，許多在1957年前便過世的音樂家，都因而很遺憾未能留下Stereo的錄音資料。此后在1960年代，大多數唱片公司都陸續放棄單聲道，全面性地轉向雙聲道立體聲錄音。到了1985年，日本電子機械工業會(EIAJ)也對環繞立體聲制定了技術標準(STC-020)。
觸覺上為了得到真實的觸覺反饋，就要提到利用高精度機械馬達的反作用力和各種傳感器配合完成的力反饋ForceFeedback技術；利用紅外光學實時反射或陀螺儀傳感器或超聲波傳感器對人體動作的捕捉完成的動作捕捉Motioncapture技術（好萊塢電影中已有廣泛應用，請自行Google詹姆斯卡梅隆的阿凡達拍攝技術）；還有數據手套Data Glove；甚至是眼動追蹤Eye Tracking技術，Google就曾經用眼動追蹤技術來測試網頁的可用性，而蘋果公司更是在2010年戰略投資了瑞典眼動追蹤技術公司Tobii。這個領域的技術其實也發展的如火如荼，而且很多都是真正的狂拽酷炫的黑科技，如果大家感興趣，回頭單獨寫一篇跟大家討論。
電影阿凡達Avatar中的光學動作捕捉設備 電影阿凡達Avatar中的光學動作捕捉設備
電影猩球崛起Rise of the Planet of theApes中的光學面部動作捕捉設備 電影猩球崛起Rise of the Planet of theApes中的光學面部動作捕捉設備
嗅覺技術上我沒研究過，但是以我國人民對各種化學用品以及食品添加劑廣泛應用，這項技術的突破指日可待。
近些年來我國在嗅覺和味覺模擬領域有著突破性的進展
我們回過頭來聊聊最近這些年火熱的視覺模擬技術。 大約在公元前400年左右，希臘的數學家歐幾里德Euclid發現了人類之所以能洞察立體空間，主要是因左右眼所看到的景物不同而產生，這種現象被叫做雙眼視差Binocular Parallax。再后來1838年的查爾斯·惠斯通Charles Wheatstone和1849 年的大衛·布儒斯特David Brewster也是利用雙眼視差Binocular Parallax原理發明出了的各種可以看出立體畫面的設備。
1849年大衛·布儒斯特David Brewster以凸透鏡取代立體鏡中的鏡子發明了改良型的立體鏡
1901年出版的用雙眼視差設備觀看的立體圖畫 1901年出版的用雙眼視差設備觀看的立體圖畫
時至今日，我們時下最流行的3D立體視覺模擬技術也是基于雙眼視差Binocular Parallax原理，無論是各大影院的3D電影，還是自己家中的3D電視，以及引領虛擬現實元年的虛擬現實頭盔或者VR眼鏡，都是通過計算機技術和顯示成像技術對左右眼分別提供一組視角不同的畫面，提供一個雙眼視差的環境，從而讓人感覺到立體畫面。所以我經常跟朋友們開玩笑說，如果電影加勒比海盜中的Ragetti去看3D電影，他是感覺不到立體的。因為他一只眼睛帶著眼罩，只能看到一組畫面，無法感知雙眼視差，所以他會要求退票的！
麥肯錫·克魯克Mackenzie Crook在電影加勒比海盜中飾演的Ragetti在全世界范圍內應用的較為廣泛的3D立體顯示技術主要依靠投影技術和顯示器技術來實現的，而投影系統和顯示器又分為了主動立體和被動立體兩種立體模式。如何理解主動立體和被動立體，主要看顯示設備是主動分成兩組畫面還是被動分成兩組畫面。
主動立體顯示系統的投影機或者顯示器可以主動顯示兩組畫面，一般都具有較高的刷新頻率，至少要達到120Hz，這樣當平均分成兩組畫面進行交替的時候，才能讓每只眼鏡看到的畫面不低于60Hz的刷新率，保證畫面的流暢度。主動立體顯示系統還必須要有刷新頻率信號發射設備和可接收信號的液晶快門眼鏡。當顯示設備開啟主動立體模式，會經過信號發生器發射同步刷新信號，液晶快門眼鏡在接收到信號后會根據顯示系統的刷新頻率同步交替開啟左右眼鏡片，這樣就能保證兩只眼睛可以分別看到兩組不同的畫面。
<img src="https://pic3.zhimg.com/79f0bb21a331f22b85e046775663501e_b.png" data-rawwidth="967" data-rawheight="509" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="967" data-original="https://pic3.zhimg.com/79f0bb21a331f22b85e046775663501e_r.png"> 主動立體通過顯示系統和液晶快門眼鏡配合刷新顯示兩組不同畫面主動立體的優勢在于立體顯示效果明顯，沉浸感強，觀者的頭部移動不受限制，而且主動立體投影系統不受場地熒幕的限制。缺點就是成本較高，而且由于立體顯示效果依靠顯示設備和眼鏡的刷新頻率，所以會有眩暈的感覺不適合長時間佩戴。
被動立體顯示系統的顯示設備本身并不能主動顯示兩組畫面，是通過后期處理成兩組畫面。常見被動立體顯示器就是在顯示設備上疊加偏振光片將顯示畫面進行拆分，同時在偏振光片眼鏡的配合下從而達到立體顯示效果，一般被動立體顯示器所用的是圓偏振光片。如何區分自己家里買的3D電視是主動立體還是被動立體，最直接的辦法就是看隨機配送的眼鏡，如果是需要安裝電池的，就是主動立體，如果僅僅是一個塑料材質的眼鏡無需安裝電池，就是被動立體。
而被動立體投影系統一般則是需要兩臺投影機上下疊加，并且在每臺投影機前防止一個偏振光片，通常是將兩個線偏振光片以90°的角度差分別放置在兩臺投影機前，同時，將3D眼鏡也以兩個線偏振光片以90°的角度差分別安裝，這樣就能保證兩只眼睛可以分別看到兩組不同的畫面。而且如果是被動立體投影系統還需要配備一個高增益的金屬投影幕，因為普通物體反射的光是偏振光，也就是只能反射一個方向的偏振光，這樣就不能把兩個畫面都反射回來。而金屬可以將兩個畫面的光線全部反射回來，這樣才能保證看到兩組畫面。
被動立體的優勢在于顯示設備價格親民，而且不會產生佩戴眩暈感，所以大部門電影院的3D電影用的都是被動立體投影系統。缺點在于對場地熒幕有特殊要求，而且如果是線偏振片的眼鏡，還需要保證觀者頭部不能向左或向右垂直偏轉，有較高的限制性。
被動立體投影系統常見配置當然，隨著科技的發展，這些對于概念、定義上的局限也都會逐漸被模糊。早在2006年瑞士的Barco公司在北京展出的Galaxy+ 系列投影機就做到了一臺投影機既能做到不需要金屬熒幕的被動立體投影也能變成一臺主動立體投影機。其運用的Infitec+ 技術使用高品質顏色過濾技術，將傳統的主動立體信號轉換成同樣刷新率的、感覺更舒適的光譜立體圖像輸出，相繼為左眼和右眼生成圖像。該技術克服了傳統主動立體和被動立體技術的缺點，在實用性和顯示效果方面表現更出色，其主要特點為對屏幕沒有偏振特性的要求，提供與主動立體一樣的系統圖像拼接質量。而其光譜分離技術的立體眼鏡不需要配備電源和復雜的電路，因此舒適感和沉浸感更好、眼鏡輕便、由于不需信號同步發射器所以頭部可隨意移動，可以滿足有大量觀眾場合的應用。同時Galaxy＋也可以輸出主動立體或普通的非立體圖像。
Barco公司采用Infitec技術的Galaxy NW-12 EX型號投影機 Barco公司采用Infitec技術的Galaxy NW-12 EX型號投影機
概念和定義是幫助人們對某項事物進行認知和學習的，對于發展和創新則不能拘泥于此。當下如火如荼叱咤風云的虛擬現實頭盔或者VR眼鏡就不能簡單地給劃分成主動立體還是被動立體。其實對于這一類設備有一個較為專業的統稱：頭戴式顯示器Head MountedDisplay，這種設備在上個世紀中期也已經有了雛形。
全世界公認的圖形圖像學之父——伊凡·愛德華·蘇澤蘭Ivan EdwardSutherland在1968年設計了一個在現在看來非常笨重的頭戴式顯示器。這套設備不僅配有顯示器，而且還配備了視角定位設備，當用戶改變他們的頭部的位置時，吊臂關節的移動就傳輸到計算機中，計算機則相應地更新屏幕顯示。但是由于其顯示設備以及用于反饋用戶視角的傳感器設備的重量大大超出了正常人的承受能力，所以不得不將整個設備懸掛吊裝在天花板上。而這第一臺頭戴式顯示器因此也贏得了一個綽號“達摩克利斯之劍”！
1968年Ivan Sutherland 設計的頭戴式顯示器 1968年Ivan Sutherland 設計的頭戴式顯示器從上個世紀六十年代開始戰斗機飛行員的戰斗機操作技術復雜性日益增加，各種在那時人民看來的黑科技也相繼出現。托馬斯·弗內斯Thomas A.Furness III一個不是創造虛擬現實概念卻被稱為“虛擬現實之父”的人，從1966年開始為設在美國俄亥俄州的Wright-Patterson空軍基地的飛行員們開發了一系列用于戰斗機駕駛模擬的設備，直到1986年的The SuperCockpit達到了一個不小的技術巔峰。其配備的6自由度傳感器不但能夠讓飛行員們完全沉浸在虛擬世界中，以及在那個時代絕對的黑科技：3D地圖，紅外和雷達圖像，頭部位置跟蹤，手勢控制和語音控制，甚至是眼動追蹤技術。
托馬斯·弗內斯為美國空軍設計的頭戴式顯示器 托馬斯·弗內斯為美國空軍設計的頭戴式顯示器托馬斯·弗內斯為美國空軍設計的頭戴式顯示器The Super Cockpit 托馬斯·弗內斯為美國空軍設計的頭戴式顯示器The Super Cockpit
而世界上第一個商用的頭戴式顯示器出現在1995年，由美國Forte Technologies Incorporated.發布的Forte VFX-1 ，售價$ 599美元。而日本Sony公司在1997年也在美國市場上發布了一款名為Glasstron的頭戴式顯示器，距今已有近20年。不知道Sony公司前不久將Project Morpheus正式命名為PlayStation VR的頭戴式顯示器效果有大的飛躍？
世界上第一臺商用頭戴式顯示器Forte VFX-1 世界上第一臺商用頭戴式顯示器Forte VFX-1Forte VFX-1配備的手持控制器 Forte VFX-1配備的手持控制器
1997年Sony公司發布的Glasstron 1997年Sony公司發布的Glasstron
2014年Sony公司發布的Project Morpheus 2014年Sony公司發布的Project Morpheus
最近這兩年各種VR眼鏡、虛擬現實頭盔如智能手機一般不斷地推陳出新，如Google推出的 Cardboard，更是將VR眼鏡的體驗門檻拉倒了貧困線以下！估計國內的硬紙板的造紙市場也跟著迎來了一批投資熱吧？
其實我們從Sony公司這近20年間隔的兩代產品可以看出來，頭戴式顯示器的發展除了名字變成了“VR眼鏡”和“虛擬現實頭盔”之外，在交互方式上并沒有重大突破，無非也就是顯示器的分辨率更高一些，傳感器精度更高一些。那么究竟是什么又開啟了“VR元年”呢？是用戶需求已經到了呼喚下一代交互方式了嗎？還是當下資本市場的滾滾熱錢在尋覓下一個互聯網、B2B、SNS、O2O？
資本市場的介入其實對于一個行業都是一支強心劑，甚至說是興奮劑，能加速行業發展的同時，也能加速淘汰行業中的“差品”和“偽需求”。成功的案例比比皆是，失敗的案例更是哀鴻遍野。
那么虛擬現實行業的“真需求”是什么？在什么樣的情況下人類會需要去虛擬一個現實的世界？我個人總結應該有以下這幾類的世界：要么暫時無法達到，要么太過危險，要么付出成本太高。
暫時無法達到的世界，比如游戲中的世界、科幻電影中的世界；還有只是空間上我們暫時無法到達的世界，比如探索一下太空，或者在中國觀看一場美國正在進行的NBA比賽（當然NBA比賽從1994年在中國就開始直播了）。當然還有推動互聯網向前發展的色情行業，不過不知道是不是也應該把這個也列入危險或者高成本一類呢？
NextVR 在2015年開始用雙攝像頭VR技術開始轉播體育賽事和演唱會等娛樂活動通過雙攝像頭拍攝和傳輸，佩戴VR眼鏡可以得到身臨其境的立體觀賽效果 通過雙攝像頭拍攝和傳輸，佩戴VR眼鏡可以得到身臨其境的立體觀賽效果
去年Apple Music與VR工作室VRSE聯合為U2樂隊打造了一款360度虛擬現實音樂視頻《Song for Someone》。用戶通過佩戴VR頭盔可以體驗U2樂隊的現場表演，同時，佩戴立體聲耳機甚至可以體驗不同位置視角的聲音效果變化。
U2樂隊在VRSE中為觀眾呈現一場真實的現場表演 U2樂隊在VRSE中為觀眾呈現一場真實的現場表演
太過于危險的世界，比如煤礦、油田、天然氣、電力和化工等領域；這一類行業的工作環境和工作設備一般都具有較高的危險性，一旦有任何的操作失誤或疏忽都容易引發重大事故。所以利用虛擬現實技術幫助這一類行業用戶進行新工人的技術培訓、模擬設備操作維修、編制模擬應急預案等工作，能讓工人在幾近真實的環境下熟練操作，將會大大降低實際工作中的危險系數。
比如還有士兵的戰爭訓練，如果跳傘，作戰模擬等這些在真實戰場具有很大危險性，如果借助虛擬現實技術，既可以沉浸式的體驗真實戰場環境，又能保證士兵的人身安全。
士兵佩戴VR眼鏡在鼠籠式裝置中進行作戰訓練 士兵佩戴VR眼鏡在鼠籠式裝置中進行作戰訓練士兵佩戴VR眼鏡進行傘降作戰訓練 士兵佩戴VR眼鏡進行傘降作戰訓練
需要付出成本過高成本的世界，制造業中生產一個物理模型的成本高昂的行業，如航空、航天、軍工、汽車等大型制造業；這些企業的共同特點就是生產物理樣機和生產時間都非常的寶貴，航空飛行器、飛機、輪船或汽車在量產前，都要進行各種可靠性驗證，可是如果真的制造一臺真實的物理樣機的經濟成本和時間成本都是非常巨大的。這個時候引入虛擬現實技術來幫助進行一些科學化的驗證工作，既可以大大減少這一類物理樣機制作，又能在生產之前對產品進行全方位驗證和評估，從而降低成本，縮短產品的研發周期。
實際上，早在上個世紀波音777飛機的設計研發過程中就引入了全程無紙化設計的理念，所有的飛機設計內容都采用3D立體繪圖，也就是我們所說的CAD，只不過他用的是法國達索集團的工業設計軟件CATIA。所以說，波音 777 飛機的設計過程就是 VR 技術的應用典型實例。波音 777 飛機由 300 萬個零件組成，所有的設計在一個由數百臺工作站組成的虛擬環境中進行，設計師戴上VR頭盔后，可以在虛擬的“飛機”中進行漫游體驗，審視“飛機”的各項設計指標。
再后來隨著計算機技術的發展，CAD計算機輔助設計、CAE計算機輔助分析、CAM計算機輔助制造，早已在這些行業有著深入的應用。汽車制造業也是同樣的道理，有很多汽車設計，都是借助虛擬現實技術來進行前期樣機的設計評測的。這些技術也和虛擬現實技術有著千絲萬縷的聯系。
在看過這么多行業的應用之后，我們不難發現，其實虛擬現實硬件技術早在很多年前就已經較為成熟，只是沒有在民用市場被大規模的應用罷了，所以早些年提到虛擬現實、VR技術，往往都被打上“黑科技”（那個時候還沒“黑科技”這個詞吧？）的標簽。那黑科技什么時候才能走進尋常百姓家呢，關鍵要看內容！3D電視發展了這么久，也走進尋常百姓家了，請問在家經常使用3D電視功能，帶3D眼鏡看電視的同學請舉手，看沒人舉手吧！沒有內容，看什么？
之前還看到知乎上有人說：“內容倒是不急，因為現在硬件平臺和內容分發渠道都還沒有建立起來，你內容太早做出來也沒用。”關于這個說法，我是持相反意見的，雖然不能說這個觀點本末倒置，但是你看電影行業發展這么多年，從業者們在最開始是等著電影院線和熒幕數量發展起來才開始拍電影的嗎？有了內容自然就會去找更適合內容體驗的硬件設備。
如果說早些年跟虛擬現實沾邊兒的技術如野草般肆意瘋長，那么經過這些年的技術發展和經驗的積淀，如今跟虛擬現實沾邊兒的詞兒都如同用飛機撒了化肥的野草，請自行腦補吧！其實無論我們談什么行業的發展都繞不開技術導向還是需求導向的問題，一項技術的發展在其初期，一定是技術導向的，因為技術成熟了，很多天馬行空的想法可以落地了，站在風口浪尖的技術弄潮兒們百家爭鳴獻計獻策。但是，想要讓一項技術落地，生根發芽，必須就要回到需求導向。你的技術再牛，我沒需求，他沒需求，你給誰用？
所以說在科技圈生辰八字也很重要，生早了技術不成熟，資源匱乏，或者趕上個瘟疫霍亂大饑荒，要么直接餓死病死，要么茍延殘喘幾年后夭折。早些年出生的PDA就是這樣的命運。而“虛擬現實”是一個早產兒，出生了這么多年一直在數九隆冬臘月天中營養不良的活著，最近這些年春天來了，開始過上好日子了，吃得飽穿得暖了，我們擦亮眼等著看吧！
作者：世界兩側
鏈接：http://www.zhihu.com/question/23034536/answer/91252677
來源：知乎
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的虚拟现实的起源、趋势及应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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