第一节　虚拟现实技术酝酿期

虚拟现实技术酝酿期的时间大致为1838年至1961年。在这120多年的时间里，关于虚拟现实的早期技术的酝酿主要包括了两大领域：第一是立体显示技术的酝酿和积累，第二是运动跟踪技术的酝酿和积累。在这个阶段，显示技术主要是从图片立体显示到视频立体显示，计算机图像技术还没有进入虚拟现实显示领域。运动跟踪技术从早期的运动模拟到磁力运动跟踪系统的出现，其标志性事件为：1960年，摩登·海里戈（Morton Heilig）发明第一个头戴式显示设备（简称VR头显）Telesphere Mask，标志着虚拟现实显示技术的出现；1961年，工程师科莫（Comeau）和布莱恩（Bryan）开发出第一个头戴式显示设备运动跟踪系统Headsight，标志着虚拟现实头戴跟踪技术的出现。

一、虚拟现实立体显示技术的酝酿和积累

1. 1838年，立体照片诞生

1838年，英国人查尔斯·惠特斯通（Charles Wheatstone）研究发现，大脑可以将双眼看到的两张不同的二维平面图像处理成一个整体的三维立体效果，两只眼睛观看两张并排的照片（左右眼各看一张），这时两张原本平面的照片就可以给观看者带来一种接近真实的深度感和空间感。后来，基于这样的原理制作了View-Master立体镜。

1849年，大卫·布儒斯特（David Brewster）以两块小巧的眼镜型透镜取代了上面右图中间的两块镜子，进而发明出改良型的立体镜。此后，View-Master立体镜被发展应用于虚拟旅游领域，而眼镜型立体镜设计原理则广泛地应用于后来的3D红蓝立体电影、3D立体电影及虚拟现实眼镜。

2. 1957年，摩登·海里戈发明第一个3D立体沉浸式体验设备Sensorama

1957年，摩登·海里戈制造出第一个3D立体沉浸式体验设备Sensorama，并于1962年申请专利。摩登·海里戈希望把它打造成一个具有全方位体验效果的“未来影院”，所以给Sensorama安装了立体声扬声器、3D立体显示器、风扇、气味发生器和一个振动椅。通过这些部件的使用，能够有效地刺激观看者的全方位感官，将体验者沉浸在他创作的3D电影中。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。为了让人体验到这样的效果，他还专门制作了6部3D影片：《摩托车》（Motorcycle）、《肚皮舞》（Belly Dancer）、《沙滩汽车》（Dune Buggy）、《直升机》（Helicopter）、《和Sabina约会》（A date with Sabina）和《我是一个可乐瓶！》（I’m a coca cola bottle!）。Sensorama成为全世界第一台3D立体沉浸式体验设备。

3. 1960年，摩登·海里戈发明第一个3D头戴式显示设备Telesphere Mask

1960年，摩登·海里戈发明了第一个3D头戴式显示设备Telesphere Mask。Telesphere Mask是一种戴在头上的播放3D立体电影的设备，它没有任何运动跟踪，也没有任何交互能力。但是，这是人类第一次将3D立体显示器作为穿戴设备佩戴在身上，成为历史上第一个头戴式显示设备。

Telesphere Mask 3D头戴式显示设备的出现标志着虚拟现实显示技术的正式出现。摩登·海里戈在申请专利时对Telesphere Mask的描述为“用于个人用途的一种可伸缩的电视设备”，“它的目的是给使用者带来一种完全真实的感觉，可以移动彩色三维图像，让使用者可以沉浸其中的视角，听到立体的声音，可以感受到空气流动和气味的感觉”。Telesphere Mask和我们现在使用的3D视频头戴式显示设备基本一样，唯一不同的是它的显示来源不是连接到智能手机或电脑，而是连接到缩小的电视管。相对之前的设备而言，Telesphere Mask已经变得非常轻便，耳朵和眼部的位置可以根据不同人的尺寸进行调整，戴在头上也很方便。即使跟很多现代头戴式显示设备相比，Telesphere Mask也不逊色，要知道它诞生在近60年前，一个彩色电视尚未来临的时代。

二、虚拟现实运动跟踪技术的酝酿和积累

1. 1929年，爱德华·林克发明飞行模拟器Link Trainer

1929年，爱德华·林克（Edward Link）发明了Link Trainer——历史上第一个纯机电的商业飞行模拟器，应用于飞行员的训练。Link Trainer由连接到方向舵和转向柱的几组电动机控制飞行模拟器在不同轴向上的旋转，可以改变模拟器的俯仰角、偏航角和翻滚角。以小型电动机驱动的装置可以模拟湍流和扰动，这样做是为了以更加安全的方式去训练飞行员。当时，美国军方以3500美元购买了6个这样的设备。第二次世界大战期间，超过500000名飞行员使用10000多个Link Trainer训练器进行初始培训以提高他们的飞行技能。下图显示的是爱德华·林克和他发明的Link Trainer。对于虚拟现实来讲，Link Trainer的意义在于，人类首次实现了以机电设备去模拟真实世界的运动，这对于以后人类在虚拟现实中模拟和跟踪相关运动的思路和方法具有参考和借鉴的积极意义。

2. 1961年，科莫和布莱恩发明第一个运动跟踪显示设备Headsight

1961年，两个Philco公司的工程师科莫和布莱恩开发了第一个头戴设备运动跟踪系统Headsight。它包括视频屏幕和磁力运动跟踪系统，并连接到闭路电视摄像机。Headsight没有虚拟现实的应用开发程序，但允许军队对危险情况的沉浸式远程查看，观察者头部移动将移动远程相机，用户可以自然地环视环境。

工程师科莫和布莱恩开发出第一个头戴式显示设备Headsight的视频屏幕和磁力运动跟踪系统，标志着虚拟现实头戴设备跟踪技术的第一次出现。尽管Headsight还没有与计算机3D图像显示进行集成，但它仍是虚拟现实头戴式显示设备向运动跟踪领域发展迈出的重要一步。