戴上一副眼鏡，連接電腦或手機，你就能進入一個全新的虛擬世界，這種類似科幻電影《黑客帝國》里的場景正在我們身邊發生，而讓這一切實現的技術就是最近火得不行的“虛擬現實”，也就是許多人口中的VR（Virtual Reality）。

什么是VR？

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR），即利用計算機發展中的高科技手段構造出一個虛擬的境界，使參與者獲得與現實一樣的感覺。

舉一個例子，當你戴上特制的頭盔與手套后，會發現你已置身于一個不受時空限制的歷史的博物館中，當你向前行走或者轉頭時，你所看見的景象也會隨之改變，你可穿過大廳，推開前面的大門，當你看見一件精美的展品時，你甚至可以上上下下、里里外外仔細地觀摩——這就是虛擬現實技術帶來的真實感覺。

VR技術，是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。

使用者進行位置移動時，電腦可以立即進行復雜的運算，將精確的3D世界影像傳回產生臨場感。虛擬現實（VR），看到的場景和人物全是假的，是把人的意識代入一個虛擬的世界。

VR像做夢，看到的場景和人物全是假的，是把你的意識代入一個虛擬的世界。簡單的來說，就是你看到的東西都是假的，但是你的感覺是真實的，它就會給你一種身臨其境的感受。

VR技術原理

人們在看周圍的世界時，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這種差別能讓我們感知到深度，讓事物看起來立體。VR技術也是利用這種視覺差別，替我們的雙眼安排不同的畫面，從而讓我們感覺到畫面的立體性。與3D電影不同，VR強調的是360度全景交互，不僅有強烈的沉浸感和立體感，更重要的是允許用戶和虛擬世界進行交互。

在人造環境中，每個物體相對于系統的坐標系都有一個位置，而用戶也是如此，用戶看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來確定的。跟蹤頭部運動的虛擬現實頭套可以感知我們的頭部動作。

這樣，當我們在移動時，虛擬世界中的我們就能同樣的移動，當我們向左看，虛擬現實頭套可以識別這一動作，這時硬件會及時渲染出左邊的場景。如此，當我們往左看時，就能看到左邊的場景，往右看時，就能看到右邊的場景，避免了場景不跟隨我們目光移動的意外。

VR技術前世今生

1956年：Sensorama

1956年，攝影師Morton Heilig發明了Sensorama，一款集成體感裝置的3D互動終端，它集成3D顯示器、立體聲音箱、氣味發生器以及振動座椅，用戶坐在上面能夠體驗 到6部炫酷的短片，體驗非常新潮。當然，它看上去碩大無比，像是一臺醫療設備，無法成為主流的娛樂設施。

1961年：Headsight

1961年，Headsight問世，是世界上第一款頭戴顯示器。它有飛歌公司研發，融合CCTV監視系統及頭部追蹤功能，但本質上，它的主要目的是用于隱秘信息查看，而非娛樂設備。

1966年：GAF Viewmaster

這款GAF Viewmaster是最早的3D頭戴設備之一，通過內置兩顆鏡片來觀賞幻燈片，具有一定的3D效果，但更像是兒童玩具，而非專業的影音設備。其后續版本還加入了音頻功能，實現簡單的多媒體功能。

1968年：Sword of Damocles

1968年問世的Sword of Damocles（達摩克利斯之劍），是麻省理工學院實驗室研發的頭戴顯示器，其設計非常復雜，組件也非常沉重，所以需要一個機械臂吊住頭戴來使用。

1980年：Eye Tap

這款Eye Tap看上去與微軟的HoloLens非常相似，嚴格意義上它也的確是一款增強現實設備，可以連接計算機攝像頭，將數據疊加顯示在眼前。當然，今天人們對虛擬現實和增強現實已經有了更明確的定義，但Eye Tap對于虛擬現實技術的發展還是具有一定意義的。

1984年：RB2

RB2可以說是第一款商業虛擬現實設備，其設計與目前主流產品已經非常相似，并且配有體感追蹤手套，可實現操作。然而，其經過高達50000美元起，在1984年無疑是天價。

1985年：NASA頭戴顯示器

1985年，NASA（美國航空航管理局）研發出真正的LCD光學頭戴顯示器，其設計結構被目前的虛擬現實頭戴廣泛采用，只不過將LCD換為更低功耗、顯示效果更好的OLED。另外，它還具有頭部、手部追蹤系統，可實現更加沉浸式的體驗，被用于模擬太空作業等方面。

1993年：世嘉VR

著名游戲廠商世嘉曾計劃在1993年發布基于其MD游戲機的虛擬現實頭戴顯示器，設備看上去非常前衛。遺憾的是，在早期非公開試玩測試中，測試者反應平淡，最終世嘉以“體驗過于真實、擔心玩家會受到傷害”為理由，取消了該項目。

1995年：任天堂Virtual Boy

1995 年，任天堂發布32位游戲機Virtual Boy，這是一款非常另類的游戲機，其主機是一個頭戴顯示器，但只能顯示紅黑兩色。另外，礙于當時技術限制，游戲內容基本上都是2D效果，再加上較低的分 辨率和刷新率，極易使用戶產生眩暈和不適感。最終，任天堂的虛擬現實游戲計劃在短短不到一年時間便宣告失敗。

1995年：CAVE

1995年，伊利諾伊大學的學生們研發出“CAVE”虛擬現實系統，通過創建一個三壁式投影空間、配合立體液晶快門眼鏡，來實現沉浸式體驗，對于現代虛擬現實技術起到了極大地的推動作用。

2009年：Oculus Rift

毫無疑問，Oculus Rift復興了虛擬現實技術，把它重新帶回大眾視野中。2009年，其創始人在Kickstarter上發起眾籌活動，在很短時間內便獲得超過10000 個支持者，備受關注。此后，第三方資金不斷涌入，讓Oculus Rift得以高速發展。

2014年，社交巨頭Facebook宣布以20億美元收購Oculus，Oculus Rift也在經過了數個DK版本之后，正式于今年1月開放消費者版預購、于3月在全球20多個國家及地區出貨。至此，虛擬現實真正步入了消費電子市場。

從科幻到現實，從1957到現在，VR設備的發展被許多人形容為是“將夢變為現實”的過程，盡管還存在不足，還面臨坎坷，我們依然有理由期待VR將有光明的未來，畢竟每項科技都是這樣一路跌撞走來，漸漸成長的。

VR的主要核心技術

實時三維計算機圖形

相比較而言，利用計算機模型產生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足夠準確的模型，又有足夠的時間，我們就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像，但是這里的關鍵是實時。例如在飛行模擬系統中，圖像的刷新相當重要，同時對圖像質量的要求也很高，再加上非常復雜的虛擬環境，問題就變得相當困難。

虛擬場景顯示技術

人看周圍的世界時，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來，就形成了一個關于周圍世界的整體景象，這個景象中包括了距離遠近的信息。當然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠近、物體大小的比較等。

在VR系統中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統采用單個顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產生了立體感。

用戶(頭、眼)的跟蹤：在人造環境中，每個物體相對于系統的坐標系都有一個位置與姿態，而用戶也是如此。用戶看到的景象是由用戶的位置和頭(眼)的方向來確定的。

頭部追蹤技術

在傳統的計算機圖形技術中，視場的改變是通過鼠標或鍵盤來實現的，用戶的視覺系統和運動感知系統是分離的，而利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，用戶的視覺系統和運動感知系統之間就可以聯系起來，感覺更逼真。

另一個優點是，用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認識環境，而且可以通過頭部的運動去觀察環境，這樣當我們在現實世界中移動，虛擬現實世界中的我們也就能同樣地移動。

當我們向左看，頭部追蹤技術能夠識別這一動作，這時硬件就會即時渲染出左邊的場景，這樣，我們往左看就能看到左邊的場景，往右看則能看到右邊的場景，而不會發生場景跟著我們移動的意外。

眼球追蹤技術

其實，即使是手機VR盒子，都具備上述的幾個關鍵硬件技術（手機通過陀螺儀模擬頭部追蹤），但眼球追蹤，在VR領域中還算是比較稀有的玩意。

眼球跟蹤技術是通過追蹤我們的瞳孔實現的，算法能夠根據我們注視的景物來變換景深，從而帶來更出色的沉浸體驗。

比如，伸出一只手指舉在眼前，當我們注視著它時，手指前方的景物便會變得模糊，而當我們注視背景，手指又會變得模糊，這正是景深不同帶來的變化。眼球追蹤技術能夠知道我們在看哪里，從而模擬景深的變化，讓體驗更加出色。

提起VR領域最重要的技術，眼球追蹤技術絕對值得被從業者們密切關注。Oculus創始人帕爾默?拉奇就曾稱其為“VR的心臟”，因為它對于人眼位置的檢測，能夠為當前所處視角提供最佳的3D效果，使VR頭顯呈現出的圖像更自然，延遲更小，這都能大大增加可玩性。

同時，由于眼球追蹤技術可以獲知人眼的真實注視點，從而得到虛擬物體上視點位置的景深。所以，眼球追蹤技術被大部分VR從業者認為將成為解決虛擬現實頭盔眩暈病問題的一個重要技術突破。

聲音技術

人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強度的差別來確定聲音的方向，因為聲音到達兩只耳朵的時間或距離有所不同。

常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現的，所以會有一種方向感。現實生活里，當頭部轉動時，聽到的聲音的方向就會改變。但目前在VR系統中，聲音的方向與用戶頭部的運動無關。

感覺反饋技術

在一個VR系統中，用戶可以看到一個虛擬的杯子。你可以設法去抓住它，但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺，并有可能穿過虛擬杯子的“表面”，而這在現實生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是在手套內層安裝一些可以振動的觸點來模擬觸覺。

語音技術

在VR系統中，語音的輸入輸出也很重要。這就要求虛擬環境能聽懂人的語言，并能與人實時交互。而讓計算機識別人的語音是相當困難的，因為語音信號和自然語言信號有其“多邊性”和復雜性。

手勢跟蹤技術

使用手勢跟蹤作為交互可以分為兩種方式：第一種是使用光學跟蹤，第二種是將傳感器戴在手上的數據手套。

光學跟蹤的優勢在于使用門檻低，場景靈活，用戶不需要在手上穿脫設備，未來在一體化移動VR頭顯上直接集成光學手部跟蹤用作移動場景的交互方式是一件很可行的事情。但是其缺點在于視場受局限，以及使用手勢跟蹤會比較累而且不直觀，沒有反饋。這需要良好的交互設計才能彌補。

數據手套，一般在手套上集成了慣性傳感器來跟蹤用戶的手指乃至整個手臂的運動。它的優勢在于沒有視場限制，而且完全可以在設備上集成反饋機制（比如震動，按鈕和觸摸）。

它的缺陷在于使用門檻較高：用戶需要穿脫設備，而且作為一個外設其使用場景還是受局限：就好比說在很多移動場景中不太可能使用鼠標。

不過這些問題都沒有技術上的絕對門檻，完全可以想象類似于指環這樣的高度集成和簡化的數據手套在未來的VR產業中出現，用戶可以隨身攜帶隨時使用。