VR和AR的起源、历史和发展

 虚拟现实曾经是科幻小说中的东西,然后变成了现实。在这么短的时间内,谁会想到呢?

      VR背后的想法是制造一种看似现实的幻想。它使我们感到在人造环境中的存在。19世纪的艺术家创作了全景画或360°壁画。这件艺术品充满了人眼所包围的整个视野。因此,它会吸引观众的想像力并使他们感到“身临其境”。

“ Borodino之战”是360度艺术品的绝佳典范。这是1912年由俄罗斯艺术家弗朗兹·鲁博(Franz Roubaud)绘制的杰作。这幅画是令人难以置信的360°战场体验。今天的虚拟现实与那些早期的360°壁画相去甚远。现在,我们使用计算机技术来生成模拟环境。这是一种真正的身临其境且互动的三维体验,似乎包围了整个人。高端系统栩栩如生,甚至可以刺激用户的自然感觉,包括视觉,触觉,听觉甚至气味。

       下文叙述以时间表进行。

1838年由Charles Wheatstone发明立体镜

       查尔斯·惠斯通(Charles Wheatstone,1802年2月6日至1875年10月19日)是英国自然哲学家和发明家,以对电报的贡献而闻名。但是,他在多个科学领域做出了贡献,包括摄影,发电机,加密,声学,乐器等。他是第一个创建可从两张“平面”图片进行3D观看的设备。他还给这种仪器起了个名字:立体镜。尽管设备首屈一指,但它的体积庞大且难以操作,因此并未普及。1849年,另一位英国科学家戴维·布鲁斯特爵士(Sir David Brewster)想到了一种便携式设备,该设备将使用一张带有两个图像的单张卡片,便开始征服维多利亚时代的世界。

1891年william kennedy dickson发明放映机

威廉·肯尼迪-劳里·迪克森(illiam Kennedy Laurie Dickson)是摄影技术实际发展中的关键人物。他出生于法国,父亲是苏格兰艺术家,天文学家和语言学家詹姆斯·怀特·迪克森,于1879年移居美国。1879年,19岁时写信给爱迪生(Thomas Edison)找工作被拒绝。1883 年加入托马斯·爱迪生(Thomas Edison),很快就升为他的高级合伙人之一。为了为留声机提供视觉伴奏,Edison 于 1888 年委托年轻的实验室助理迪克森发明了一台放映机。迪克森将电影记录和观看技术的两个最终要点结合起来。这是一个装置,根据时钟的逃逸机制进行调整,以确保通过相机和定期穿孔纤维素薄膜条的间歇性但定期的运动,以确保胶片条和快门之间的精确同步。最初有高达50英尺(15米)的纤维素薄膜的速度约为每秒40帧。

1929年飞行模拟器

      埃德温·林克(Edwin A. Link,1904-1981),佛罗里达大西洋大学(FAU)海港分校海洋研究所的前受托人兼副总裁,是航空,水下考古学和潜水器的先驱。他最著名的发明是发明了飞行模拟器,该飞行模拟器于1929年商业化,在第二次世界大战期间已经培训了包括50万飞行员。林克(Link)的兴趣后来转向海底勘探,并于1965年将他的《海底潜水者》(Sea Diver II)该研究船首先进入海港分公司运河,以避开即将来临的飓风。同年,林克基金会(Link Foundation)向FAU授予了该国首个海洋工程本科课程的赠款。早期的许多科学工作都是与史密森学会和Link的另一位现场合作伙伴佛罗里达理工学院合作完成的。该程序生成了新的潜水减压室探索平台,包括Deep Diver,是专为锁定潜水而设计的,并且是一类新型的人类潜水器,第一类于1971年推出。这些水生研究工具已被用于发现,观察和收集来自大洋礁的数千种生物样本,而此前这些生物是未知的海洋科学界。如今,林克模拟器仍广泛用于飞机,航天器,轮船,水面飞行器和医学培训。林克是27项美国专利的指定发明人。

1935年科幻小说“Pygmalion's Spectacles”

       皮格马利翁的眼镜是美国作家斯坦利·G·温鲍姆(Stanley G. Weinbaum)创作的科幻小说。故事从主观唯心主义或非物质主义开始。这个故事向我们讲述了阿尔伯特·路德维希教授的发明,该发明使用户可以通过眼镜来体验世界。一个充满气味,味道和触感的世界。故事并没有独立于观看者线性发展,而是围绕着故事而互动发展,代表了现在所谓的虚拟现实的第一部文学记录。

1938年VIEW-MASTER

       这些年来许多技术突破,使View-Master之类的东西显得有些过时了。但是,这个小小的塑料盒却具有如此简单的魅力,它使年轻的心灵能够曾经去过或从未探索过的遥远旅行,并在所有三维立体的光彩中看到。体验View-Master的每个人都清楚地记得前进到下一帧时的小杠杆及其发出的喀哒声。而且,几十年前的任何一位游客都可以记住一个时刻,似乎每个目的地,更不用说每个部门和玩具店,都展示着装有数百只小光盘的架子。

      要追溯View-Master的历史,必须追溯到1938年。一位名叫William Gruber的摄影爱好者设想了一种装置,该装置可以拍摄一张幻灯片,其中包含两个重叠的图像,当通过两个目镜观察时会出现三维图片。这是一个好主意。不久,两个摄影爱好者就开始创建第一个原型,该原型将被称为View-Master。最早的唱片包括自然奇观,例如弗吉尼亚的卢雷石窟(Luray Caves)和科罗拉多州的派克峰(Pike's Peak),并将它们的发明推向自然爱好者。美国在四十年代初期发动战争时,军方对这种装置产生了兴趣,认为这是一种廉价而有效的训练部队的方式。他们购买了惊人的10,000个View-Master,以及超过600万个卷轴。第二次世界大战后的1951年,Sawyer收购了Tru-Vu立体声电影公司。这笔交易包括其Stereochrome观看者的权利,更重要的是,包括使用迪士尼角色的权利,并且还拥有一个新兴的王国,即迪士尼乐园。不久,各地的孩子都在乞求View-Master。

20世纪中后期开始突飞猛进的发展

1956年的Sensorama模拟器

     Heilig创建了有史以来第一台称为Sensorama的VR机器。Heilig的多感官传感器Sensorama展示了未来的电影院。它使用了多种模拟人类所有感官的技术。摊位使参加者可以看到全彩色的3维视频和音频。也有气味,振动和各种大气效应,例如风。

1960年的Telesphere Mask

Heilig的Telesphere Mask发明专利

       莫顿·海里格(Morton Heilig)还在1960年获得了名为Telesphere Mask的发明的专利。这是有史以来第一台头戴式显示设备或HDM。他的面具为佩戴者提供了3D立体图像和完整的立体声。它既简单又有效,但是还没有任何运动跟踪。

       莫顿·海里格(Morton Heilig)被称为“虚拟现实之父”。他是那个时代最伟大的有远见的人,他是哲学家,发明家,电影制片人,他是一个对未来充满远见的人。

       在大多数人仍然拥有黑白电视的时候,他手工打造了一个功能齐全的3D视频机器,使您可以骑虚拟摩托车,同时在车上体验声音、风、振动甚至气味和道路。他称之为Sensorama Simulator,但失败了。

      海里格所建造的东西超前于时代。与他一起从事许多发明工作的妻子玛丽安·海里格(Marianne Heilig)背负了沉重的债务来资助他的想法。以至于她去世后的二十年仍在偿还债务。今天她的丈夫被许多人称为虚拟现实之父。“他自称是一个文艺复兴时期的人。”

     海利格是一位出色的摄影师,他是出于建立“未来电影”的愿望而创建了Sensorama的。但是3D电影院需要3D电影,这在1950年代后期并不容易实现。因此,海里格除了观看机器之外,还发明了3D相机和投影仪,并制作了五部电影来展示Sensorama的功能。这些主要是基于被动骑行的体验:直升机,卡丁车,自行车和摩托车。


                                                 Heilig于1962年获得Sensorama仿真器的专利


      1961年,两位Philco Corporation工程师James Bryan和Charles Comeau开发了Headsight。这是第一款具有运动跟踪技术的HDM。单元内部有两个视频屏幕,每只眼睛一个。但是,Headsight并未创建为虚拟现实(VR)耳机。它是一种军事工具,可用于从远处观察潜在的危险情况。

Headsight的磁跟踪系统确定了佩戴者头部的方向。头部动作移动了远程摄像机。这样士兵就会探索一个僻静的环境。

         1965年,伊凡·萨瑟兰(Ivan Sutherland)亲切地被称为“计算机图形学之父”,在VR历史上占有一席之地。他有一个名为“ The Ultimate Display”的HMD项目。它通过将HMD连接到计算机程序的立体显示器来实现3D效果。3D线框形式的虚拟形状随着佩戴者头部的移动而改变了视角。3D线框似乎叠加在真实背景的前面。但是,终极显示器笨重且笨重。机械臂将设备悬挂在佩戴者头部上方。因此,它从未在实验室实验之外看到过使用。尽管如此,许多行业专家仍将Sutherland的缺点视为AR或增强现实的诞生。

         1966年,军事工程师和先驱托马斯·弗内斯(Thomas Furness)创建了有史以来第一台空军飞行模拟器。由于对VR的大量资助,他的创作支持了虚拟现实系统的发展。事实证明,该模拟器在培训新飞行员方面无价之宝。随着对更好的飞行模拟器的需求的增长,VR的发展也在继续。尚未有任何针对VR娱乐系统的电话。

1968年,Sutherland和他的学生Bob Sproull创建了第一个VR / AR头戴式显示器(HDM)。该设备连接到计算机,而不是相机。它的结构由两个阴极射线管(CRT)组成。这些CRT固定在圆柱体上,圆柱体中嵌入有半镀银镜。这种布置使佩戴者可以看到周围世界的叠加图像。跟踪系统允许3D模型通过头部移动来改变视角。该设计原始,沉重且长时间不舒适。由于这些原因,所谓的达摩克利斯之剑从未走出实验室。

1972年,GE开发了计算机化的飞行模拟器。三个屏幕围绕其培训驾驶舱,为学员提供180°的视野或FOV。这是一场革命。它提供了前所未有的虚拟飞行条件。GE极大地改善了显示的画面,使路线熟悉成为模拟器的现实。

1975年,计算机艺术家Myron Kreuger是VR和AR现实的第一代研究人员。他还是最早进入虚拟世界的计算机研究人员之一。VIDEOPLACE使用了两个房间,它们可能位于同一位置,也可能位于地球的相对两侧。与会者将看到自己投影到大屏幕上。那些放在单独框中的人将看到其他人的投影图像。参与者利用自己的影子在虚拟空间中进行互动。这些阴影可能会被触摸,被触摸,调整大小,旋转并更改颜色。

1977年,这是看到Aspen电影地图的一年。MIT开发的突破性超媒体系统。资深研究科学家Andrew Lippman领导了一个团队,该团队创建了科罗拉多州阿斯彭市的交互式虚拟之旅。用户可以浏览当地街道,进入建筑物,甚至可以更改季节。可以选择穿过街道的随机路径,但不能偏离中心。另外,每个动作都以10英尺为步长。用户将使用动态生成的菜单系统进行交互。他们会从触摸屏界面中选择图标,以选择首选的速度和视角。Google的街景视图是Aspen电影地图的遗产。

        1979年,美国军方测试了头戴式显示单元的潜力。其想法是将虚拟图像直接投射到飞行员的眼中。与当前的仿真系统相比,尺寸和费用的减少将是巨大的。麦克唐纳-道格拉斯飞机公司率先设法将VR集成到其头戴式显示器中,并将其称为VITAL头盔。头盔显示器具有头部跟踪器。它通过跟随佩戴者的眼睛运动来工作,以匹配CGI(计算机生成的图像)。不幸的是,VITAL头盔不实用。它太笨重,不舒服,并且显示不自然。尽管如此,军事发展还是伟大事物的开始。其中包括现代计算机和街机游戏。

1982年,数据手套是机电设备。它们具有特殊的传感器,可以感应手的动作并与计算机界面进行交互。第一个数据手套是1977年Richard Sayre,Dan Sandin和Thomas Defanti的创意。那是在伊利诺伊大学电子可视化实验室。托马斯·齐默曼(Thomas Zimmerman)于1982年根据赛耶(Sayre)模型发明了第一只光学手套。

一年后,贝尔实验室的加里·格里姆斯(Gary Grimes)给了我们数字数据输入手套。它比以前的任何作品更灵活,触感更佳。

1985年,美国教授Scott Fisher忙于为宇航员开发虚拟现实系统。他的工作发生在加利福尼亚州NASA的Ames研究中心。它被称为虚拟环境工作站项目。目的是让宇航员从内部控制空间站外部的机器人。这样可以节省大量时间,更重要的是,可以降低个人风险。头戴式显示器具有180°视野(FOV)的超广角光学元件。该团队历时5年开发了具有匹配光学器件的相机系统,高科技仪器手套将控制机器人手臂,虚拟接口环境工作站(VIEW)。

1986年,Tom Furness博士是VR的先驱。他还是1986年“超级驾驶舱”程序的作者。Furness将其描述为魔术系统,即魔术头盔,飞行服和手套结合起来,超级座舱将其佩戴者带入了一个完全沉浸式的虚拟世界。功能包括语音控制,头部控制(包括眼睛控制)和虚拟手控制器。Furness的系统具有直观的触敏面板。它投影了关键信息,例如航空电子数据,3D计算机生成的地图,前瞻性IR和雷达图像。所有这些数据都进入了沉浸式三维虚拟空间。

1987年,英国航空航天公司以汤姆·弗内斯博士的“超级驾驶舱”为基础。这是来自科学,工程和座舱专家领域的专家的共同努力。HMD在许多方面都相似,但是增加了语音识别和触觉反馈。现在,它是一个具有头部,眼睛和手部跟踪功能以及3D视觉和音频功能的完整系统。美国计算机科学家和哲学作家Jaron Z.创造了现在熟悉的术语虚拟现实。随后的媒体曝光势头比其他任何时候都快。

 1989年,整个行业开始引起人们的兴趣,并开始探索VR的潜力。任天堂娱乐系统给了我们力量手套。一场大规模的营销活动突出了VR的机制以及该控制器配件的魔力。最初,它是每个游戏玩家愿望清单的首位。可悲的是,由于不准确且难以使用的控件,很快便失望了。

 1990年,多人虚拟现实街机问世。乔纳森·瓦尔登(Jonathan Waldern)博士开发了第一个公共VR游戏系统。他的虚拟街机和首款VR游戏Dactyl Nightmare继续取得了巨大的成功。如今,Waldern已成为VR和AR光学设备的90多项专利的指定发明人。

1991年,虚拟现实很少成为头条新闻。NASA的一名科学家Antonio Medina继续设计了一个VR系统,用于控制来自地球的火星机器人漫游车。科学家称该系统为“计算机模拟遥操作” 。商业机构开始推出VR街机。这些身临其境的吊舱状装置配备了VR耳机和实时立体3D图像。VR街机的大规模生产已经到来,提供了流行的2D游戏VR版本。

        1994年,备受期待的Sega VR耳机处于最后开发阶段。有两个版本,一个用于街机游戏,另一个用于游戏机。该公司在其发行版本之前取消了控制台版本。相反,它只专注于1994年问世的街机版本。有史以来第一款消费者VR头盔不得不等待一段时间。

      1995年,VictorMaxx发布了一种名为CyberMaxx的消费者头戴设备(HDM)。VR头盔使用两个有源全彩色视频显示器来实现立体视觉。该装置具有3D运动跟踪模块,可利用沉浸式VR体验。VictorMaxx此后已经停业,但仍可以在线购买其CyberMaxx HMD 。

 1997年,虚拟现实技术被用来帮助治疗美国越战老兵。VR疗法旨在帮助那些患有创伤后应激障碍(PTSD)的人。该程序被恰当地命名为Virtual Vietnam。参与者进入了计算机生成的环境。实时集成了计算机图形,视觉显示和人体跟踪设备。结果是惊人的。临床医生评估的PTSD平均下降了34%。自评PTSD下降了45%。

2001年,第一个用于个人电脑的 cubic room推出的。其次是Virtools VR包-Virtools Dev的附加库。开发人员现在可以使用3D可视化工具平台。现在,VR在公共层面变得越来越知名。

2007年,Google将街景视图推向了世界。原始版本仅涵盖美国5个主要城市及其周边郊区。如今,Google街景服务已覆盖全球。这是Google Maps的一项互动功能,可让用户查看和导航虚拟世界。全景街道水平为360°水平,垂直为290°。这曾经是而且将继续是一种迷人的,身临其境的体验。

   2010年,Google街景视图在2010年提升到了新的水平。这一年为该程序提供了立体3D图像。您必须戴便宜的Anaglyph 3D眼镜才能体验它。

    2012年,Oculus Rift是由Oculus VR开发和制造的令人印象深刻的VR耳机系列。这一切都始于2012年的Kickstarter活动。这是一个成功的项目,从10,000个贡献者那里筹集了约240万美元。两年后,Facebook在2014年以20亿美元的价格收购了Oculus。

2014年,VR势头强劲。Facebook收购了Oculus VR公司,激发了人们的热情。索尼在同一年宣布了即将推出的Project Morpheus项目-一种用于PS4的VR耳机。谷歌发布了其低成本Cardboard,可通过智能手机将所有内容融合到VR头盔中。三星还发布了适用于Galaxy智能手机的Samsung Gear VR 。

2015年,所有人都在谈论虚拟现实。许多公司启动了新项目或更新了现有项目。我们看到了英国广播公司(BBC)在叙利亚的一个难民营的360°视频,以及《华尔街日报》的VR过山车。《华盛顿邮报》为我们提供了椭圆形办公室的虚拟现实之旅。媒体公司RYOT制作了一部关于在美国监狱中单独监禁的简短VR电影。

2016年,大多数人都对虚拟现实有所了解。前几年引入了VR创新和下一代技术。但是2016年是VR的开始。现在,我们可以从竞争的公司那里获得价格合理,高度复杂的系统。沉浸式技术已经成熟。它被设置为以各种有趣和令人兴奋的方式进入日常生活。

         2017 年,2017年的开端比预期的要慢得多。有人说,VR被过度炒作了,兴趣低落是由于过度杀伤。幸运的是,缓慢的开始仅持续到2016年上半年。当年下半年,产品和销售量显着增长,人们对所提供的许多竞争VR头戴设备的兴趣重新激发。

        2018年,虚拟现实将以其所有形式存在。没有人能确定它的前进方向,但是我们确实知道它将会令人兴奋。没有什么比VR数字环境更让人身临其境了。开发成本远低于30年前。看起来,新的开发人员工具,知识和诀窍没有其他限制。

2019年,许多世界500强企业开始纷纷应用AR改善员工培训、业务流程;远程医疗开始尝试,混合现实初步进展,5G与AI的加持,一切都预示是XR未来的无限前景。

2020年,covid-19催化了AR零售、VR会议......

结论

      虚拟现实的历史观点很简短。一定会有一些未提及的名称,被遗忘的发明和时间轴上的空白。即便如此,它仍突显了令人难忘的时刻。了解VR的开始方式,过程中发生的事情以及我们今天所处的位置。

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