虚拟现实技术起源及应用研究

2023-10-18 理论教育版权反馈

【摘要】：虚拟现实技术有着悠久的发展历史,论及与虚拟现实相关的史实,我们可以从柏拉图关于洞穴的寓言开始叙述。然而,很明显,Jaron Lanier是第一个使用虚拟现实词意与本书相同的人。实际上,文学作品并不是唯一一个早期就用虚拟现实建立现实与虚拟之间联系的领域。自20世纪50年代以来,他一直致力于虚拟现实这一项目。当然,这三部电影不是仅有的谈论VR的电影——还有很多其他的,但这三部是虚拟现实领域最具代表性的。

虚拟现实技术(VR)有着悠久的发展历史,论及与虚拟现实相关的史实,我们可以从柏拉图关于洞穴的寓言开始叙述。

在柏拉图的《理想国》第7卷中,有一篇详细描述了几个被困在洞穴里的人的经历,他们只能通过投射在洞穴墙壁上的影子来观察外界发生的事情。现实和感知概念成为广受分析的主题,特别是关于从一个世界到另一个世界的探讨。

1420年,意大利工程师Giovani Fontana的著作《战争器械之书》(Bellicorum instrumentorum liber)中描述了一种可以将图像投射到房间墙壁上的魔灯(图1-2-1、图1-2-2),他提出这可以用来投射神奇生物的图像。这让人想起了几个世纪后由伊利诺伊大学的Carolina Cruz-Neira等人开发的大型沉浸式系统。

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图1-2-1　Giovani Fontana的魔灯示意图

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图1-2-2　使用魔灯

在讲述VR历史的书籍中,对“虚拟现实”一词在何处首次出现产生了争议。一些作者把它归功于Jaron Lanier在1985年的一次新闻发布会,而其他人则把它归功于Antonin Artaud在1983年发表的文章“Le theatre et son doubl”。

Artaud无疑是这个词的发明者,他在Theatre的文集中使用了这个词:在这本书中,Artaud详细地谈到了“现实”和“虚拟”两个词语。“虚拟现实”一词的准确解释出现在1985年盖玛利的实验作品合集的第75页:

“所有真正的炼金术士都知道,炼金符号是海市蜃楼,就像戏剧一样。这些可感知到的幻象和剧院里常出现的炼金术都应该被理解为一种同一性的表达,这种同一性存在于由字符、对象、图片组成的现实世界,炼金术剧院构造的虚拟现实,以及由炼金术符号构建的完全虚拟和充满幻觉的世界。”此外,在前几页他也谈到了柏拉图关于洞穴的寓言。

然而,很明显,Jaron Lanier是第一个使用虚拟现实词意与本书相同的人。英语术语virtual和法语单词virtuel之间有微妙的区别,在英语中,这个词的意思是“仿佛”或“几乎是相同的事情或品质”。然而在法语中,这个词表示“潜在的”　“可能的”和“没有实现的”东西。科幻小说家,尤其是擅长写“臆想小说”　(一种想象我们的世界在未来会是什么样子的类型)的作家,也整合或构想过我们将在本书中讨论的VR-AR技术。这类书籍的清单相当长,这里根据它们的影响力按时间顺序列出四本,它们是:

(1)Vernor Vinge在他1981年的中篇小说《真名实姓》中,引入了一个网络空间(没有明确命名),一群电脑盗版者利用虚拟现实沉浸技术对抗政府。他也是“奇点”概念的提出者,即把机器变得比人类更智能的那一时刻称为“奇点”。

(2)1984年,William Gibson在其小说《神经漫游者》中描述了这样一个网络世界,虚拟现实控制台允许用户在虚拟世界中体验生活。Gibson“发明”了“网络空间”(cyberspace)一词,他将其描述为“数十亿合法使用者每天经历的一种完美的幻觉”。网络空间概念跨越了不同的世界:数字世界、控制论世界和现实世界。(www.chuimin.cn)

(3)1992年,Neal Stephenson在其小说《雪崩》中引入了元界(metaverse)的概念(一个以人们的虚拟形象为代表的社区不断进化的虚拟世界),这是一个类似于在线虚拟世界Second Life的宇宙。

(4)2011年,Ernest Cline在其小说《头号玩家》中为我们描述了这样一个世界:人类为逃离现实生活中的贫民窟,生活在一个巨大的虚拟社交网络中。这个网络也包含了开启财富之门的钥匙,引领着对圣杯的新探索。

实际上,文学作品并不是唯一一个早期就用虚拟现实建立现实与虚拟之间联系的领域。我们必须提到Morton Leonard Heilig在电影界的开创性工作。自20世纪50年代以来,他一直致力于虚拟现实这一项目。1962年,他为Sensorama系统申请了专利。用户使用该系统可以骑着摩托车在城市环境中进行虚拟导航,获得一种包含立体视觉、摩托车声音以及发动机振动和迎风感觉的身临其境的体验。

电影很自然地利用了新技术。1992年,Brett Leonard执导了《割草者》(The Lawnmower Man),Pierce Brosnan在片中饰演一个基于虚拟现实的科学实验对象(图1-2-3)。关于这部电影有趣的一点是,在拍摄过程中,演员们使用了Jaron Lanier创建的VPL Research公司的真实设备(此时他已经申请破产)。当然,没人能忘记1999年的电影《黑客帝国》,这是《黑客帝国》三部曲中的第一部,这部电影由Les Wachowski执导,Keanu Reeves和 Laurence Fishburne主演。故事情节围绕着现实世界和虚拟世界之间频繁的旅行展开,主人公的职责是将人类从机器的统治中解放出来。这部电影的技术发展更加成熟,因为它完全是沉浸式的,而且用户只能通过极少的线索来判断他是处在真实世界还是虚拟世界。另一部更倾向于人机交互(HMI)而非VR本身的经典电影是由著名导演Steven Spielberg于2002年拍摄的《少数派报告》　(Minority Report),这部影片由Tom Cruise主演(图1-2-4)。这部电影描述了一种创新技术,它可以让人自然地与数据交互(这为将来的真实实验室研究项目提供了灵感)。当然,这三部电影不是仅有的谈论VR的电影——还有很多其他的,但这三部是虚拟现实领域最具代表性的。

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图1-2-3　电影《割草者》剧照

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图1-2-4　电影《少数派报告》剧照

讨论VR-AR在不同艺术领域的表现后,我们还可以分析这种技术如何在这些领域中使用。电影将成为虚拟现实的一个重要应用场景,例如通过使用360度全景影院(条件是观众最后变成演员)。在艺术领域,我们必须研究这些新的运作模式所带来的电影制作规范和规则的变化。特别是在传统电影中,叙事的构建原则是导演通过画面几乎“手拉手地引导观众”,让观众从画面中看到某种特定的风景元素。而在观众可以自由创造自己的视角的情况下,艺术的构建是不一样的。如果我们再加上用户有能力与环境进行交互,从而修改场景中的元素,那么叙事的复杂性就会加深,并开始接近视频游戏中使用的叙事机制。另一条结合真实和数字图像(混合现实)发展和研究的道路也很快就会出现。

漫画书、漫画小说的世界也受到巨大影响,一种是沉浸感项目的发展。例如Oniride工作室2016年制作的Magnetique,另一种是VR在漫画世界的应用,例如S.E.N.S这个由Arte France与Red Corner工作室于2016年联合制作的项目,就在漫画世界中使用VR,其灵感来自Marc-Antoine Mathieu的作品(图1-2-5)。事实上,由于虚拟现实体验中的宇宙不一定是真实世界的再现,它也可能是纯粹幻想的产物,所以在漫画世界很容易进行这样的实验。

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图1-2-5　S.E.N.S项目

虚拟现实技术起源及应用研究

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