太烧脑！请跪着读完这篇讲述虚拟现实技术的文章

“什么是现实？你如何定义现实？”在电影《黑客帝国》中，当墨菲斯这样问男主角尼欧时，他正在一个电脑程序中向尼欧展示真实的世界是什么样的：大地只剩下战争后留下的灰烬，天空被乌云遮挡，而人类被装在“电池”里给机器提供能量，其意识则被传输到一个叫做“母体”（Matrix）的虚拟世界中过着正常人的生活。

这虽然只是科幻，但导演沃卓斯基姐弟却用极富有哲学意味的隐喻向观众展示了一种可能性，那就是人类有可能将自己的所有感知和思维上传到电脑程序中，而其视觉、听觉和其它感觉都是由电脑程序通过传感器发出的。

其实早在沃卓斯基姐弟之前，关于意识是否能够独立于物质之外的哲学讨论早就开始了。

德国哲学家亚瑟·叔本华在他的著作《作为意志和表象的世界》（德语：Die Welt als Wille und Vorstellung）中指出，外部世界让人感觉到的概念和影像只是“表象”，一切表象中的活动只是使我们感觉自由的假象。

在叔本华之前，古希腊哲学家柏拉图还提出过著名的“洞穴比喻”：一群囚犯被捆绑在一个洞穴里，他们面对着洞口，身体无法转动。而在他们面前有一堵白墙，他们身后燃烧着一个火把。这样他们就只能够在白墙上看到从火把到他们身后的空间里的事物的影子，除此之外他们什么都看不到。所以他们就认为他们在白墙上看到的影子就是真实世界的样子。直到有一天，一个囚犯挣脱了枷锁，并走出洞穴，看到了真实的世界。他回到洞穴向其他人宣布：墙上的影子只是虚幻的事物，真实的世界比影子更加多彩！但没有人相信他。

20世纪美国哲学家希拉里·普特南在《理性、真理和历史》（Reason, Truth, and History）一书中做过这样一个思维实验：假设一个疯子科学家将一个人的大脑取出，并放在营养液中维持大脑生理特征，然后将大脑的神经末梢与计算机传感器连接，并模拟出一个正常人能够感知到的所有信号、以及给大脑发出的信号正常的反馈，那么这个大脑是否会认为自己拥有完整的身体，并处在一个正常的状态呢？

几千年来，无论是哲学家还是艺术家，都曾有过这样的思考，人类看到的或者感知到的事物到底是不是事物本来的样子，或者我们的大脑是不是仅仅接收到了这样的讯息，才会以为我们感知到了真实的事物？而虚拟现实技术的出现，则让这一讨论发展到了可以付诸实验的阶段。

这里说的虚拟现实有两层含义。

广义虚拟现实

从广义上讲，虚拟现实从远古时期便出现了。当人类的祖先还生活在洞穴中时，他们在洞穴的墙壁上画下的关于神和野兽的图案，他们用手势配合着不太成熟的语言向同伴讲述打猎时的奇妙遭遇，都可以被称作虚拟世界和现实世界的交互。当虚拟世界还停留在讲述和临摹的阶段时，因为作为观察个体的人没有参与到虚拟世界的构建中，所以他们能很清楚地分清这两个世界。

但是当人类对虚拟世界的描述发展到戏剧、电影时，由于演员亲自参与到了虚拟世界的构建中，虚拟世界和现实世界之间的界限开始变得模糊起来了。在剧院中，人的意识能够被写成剧本，而导演可以把他的想象力变成布景、道具和音乐。与此同时剧院观众的意识也随着情节的深入被慢慢带出日常体验的世界，进入整个剧组为其精心策划的虚拟现实世界中。

从古希腊时代到莎士比亚时代再到现在的百老汇戏剧，观众因为舞台上的虚拟世界而不能把控心智的事件时有出现。司汤达在《拉辛与莎士比亚》(法语：Racine et Shakespeare)一书中曾谈到过莎士比亚戏剧《奥瑟罗》的现实感所产生的影响：

1822年8月，巴尔梯摩剧院上演《奥瑟罗》时，一个执勤的士兵看到舞台上的奥瑟罗亲手掐死苔丝狄蒙娜时，不禁大声惊呼：“我从来没有听说一个该死的黑人当着我的面杀害一个白种女人！”他举起枪射击，打伤了那个扮演奥瑟罗的演员。

戏剧给人带来的虚拟现实体验总是囿于舞台布景和空间的限制的，所以绝大多数观众还是能分清虚拟世界和现实世界之间的界限。而当现实世界中的影像能够被接近完整地再现时，人们就很难不让自己的意识对虚拟世界产生反应了。

1895年12月28日，法国人奥古斯都·卢米埃尔和路易斯·卢米埃尔兄弟在巴黎卡普幸路14号的一家咖啡馆公开放映了他们拍摄的短片《驶入拉西约塔的火车》（The Arrival of a Train at La Ciotat Station），这件事被公认为电影艺术第一次走近公共视野。当坐在咖啡馆里的观众看到幕布上的火车缓缓向自己“驶来”时，他们中的很多人心中产生了强烈的恐惧感，甚至有人因为惊吓而逃出了咖啡馆。

后来有心理学家给出了这样的解释：那个时候的观众还没习惯看电影，但他们的记忆中有火车的概念，他们知道被火车撞到会有什么样的后果。虽然他们心里明白在咖啡馆里肯定是不会被撞到的，而且相信放映前他们就已经被告知了这只是虚拟的而已。但他们意识中的一部分却分不清虚拟和现实的边界，认为火车是真的， 这种现象被称作“无意识虚拟旅行”。 而对于这种无意识中产生的恐惧，此前没有体验过电影的观众是很难控制的。

(电影《异次元骇客》中，游戏角色发现自己所在的城市只不过是被虚构出来的)

互联网的出现则让这种虚拟和现实的边界变的更加模糊了。 计算机在创造虚拟世界方面的能力要比故事、戏剧和电影等媒介强大和真实得多，因为计算机不仅能够实现后者的信息输出（就像戏剧和电影那样），还能实现信息的接收和反馈。

在电子游戏和社交网络上，你甚至可以创造一个自己的“化身”。这个化身能够帮助你在电子游戏中完成制定动作——你的意识在现实世界中，但你的化身在虚拟世界中行动和获得反馈，这就有可能让你陷入这种“无意识虚拟旅行”的困境中。如果你留意近几年的新闻的话，你会注意到不少网络游戏上瘾者因为分不清虚拟世界和现实世界而精神失常的例子。你在大学宿舍听到了室友因为游戏任务失败而破口大骂、砸碎键盘，这就是“无意识虚拟旅行”正在扰乱他对现实世界的认知。

正是因为网络给人带来相对逼真的虚拟体验，所以随着计算机和网络技术的发展，我们这本书所主要讨论的虚拟现实技术才会发展迅猛。

狭义虚拟现实

从狭义上讲，虚拟现实就是人们日常所说的虚拟现实技术（Virtual Reality），简称VR技术。 VR技术是指利用计算机模拟出一个三维的虚拟世界，并为用户提供视觉、听觉、触觉等感觉的模拟信号，给用户营造出一个身临其境的环境，并让用户能够随时毫无限制地观察这个虚拟世界，让用户认为或者能够说服自己的大脑自己正处于计算机模拟出来的世界。当用户有位置或者视线的移动时，计算机可以立即进行运算，将新视角观察到的影像传递给用户，这一过程被称作“渲染”。

VR技术是计算机图形、计算机仿真、人工智能、网络处理等学科的综合应用，也是现代科技前进的一个重要方向。

美国学者迈克尔·海姆在其著作《虚拟现实的形而上学》（The Metaphysics of Virtual Reality）一书中首次提到，虚拟现实是一个系统，这个系统主要由三部分组成，即三个“i”：immersion－interaction－imagination（沉浸－交互－构想）。

其中 沉浸 指的是以前人们只能从隔着屏幕和喇叭去感知计算机生成的影像和声音，而虚拟现实系统能够帮助人完全地沉浸在计算机构建的虚拟世界中，当然这种虚拟还仅限于视觉和听觉；

交互 是指人对系统的发送指令的维度的增强，从以前只能通过鼠标、键盘等工具传输指令到现在可以通过各种传感器对系统发送指令，而计算机也可以将各种信息通过传感器反馈给人；

构想 是指系统的设计者需要通过对系统进行合理、甚至完美的设计来达到让使用者无法分清自己是否真的处于虚拟或者现实世界的目的。一个经典的完美构想例子就是“虚拟坑”，这是由美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校心理学教授杰克·卢米斯在上世纪90年代为其学生设计的一个虚拟现实实验。在实验中，他的学生被要求戴上虚拟现实头盔，这个头盔显示的内容是一个平原上有一个直径约3米的深坑，深坑上搭有一个摇摇欲坠的木板。而在现实中，这一切都只是实验室里的平坦地面。当学生们戴上这个虚拟现实头盔并按照要求走上“木板”时，很多学生开始因为恐惧而出现腿部颤栗的情况，有的甚至直接瘫倒在地面上，大部分人会用脚趾紧紧扣住地面，手心出汗……

狭义上的虚拟现实技术的正式出现离现在才30多年时间，而现在大部分公司生产的虚拟现实设备只能实现视觉和听觉上的体验，这种视觉上的体验是基于微型显示屏和特殊的立体显示设备实现的，其原理类似于立体声。 在一些大学的虚拟现实实验室中，研发人员也研发出了可以传递嗅觉和触觉的虚拟现实系统，但短时间内消费者是难以接触到这些设备的。

即使是这样，虚拟现实技术仍越来越多地被应用到了人们的日常生活中。在游戏领域，虚拟现实技术能够帮助玩家身临其境地体验游戏世界；在电影领域，迪士尼等影业公司正在计划筹拍虚拟现实电影，这将会像3D技术一样给电影艺术带来又一次飞跃；虚拟现实技术甚至能被应用到文物古迹上，已经有机构在尝试将那些消失或者被毁坏的古迹复原到虚拟现实设备中，让人们全方位地观察这些古迹，说不定哪一天你就能在家中走进传说中的巴比伦空中花园，一睹这座被毁于地震的世界奇迹的真容。

注：本文为创界（公众号：ChuangDaily）［虚拟现实史］系列的第一篇

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