推薦序

虛擬現(xiàn)實（virtual reality，簡稱 VR），是利用計算機模擬產(chǎn)生一個三維空間的技術(shù)，為使用者提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者可以身臨其境般及時地觀察三維空間內(nèi)的事物。VR 是多種技術(shù)的綜合，包括實時三維計算機圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對使用者頭、眼和手等的追蹤技術(shù)，以及觸覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡傳輸、聲音輸入與輸出技術(shù)等。

幾十年來，VR 技術(shù)已經(jīng)深入人類生活的方方面面。憑借其技術(shù)和各類設備，人們可以暢游電子游戲中光怪陸離的幻想世界；可以成為全能音樂家，一個人組建一支樂隊；可以體驗真實的電影場景，而不只是做一個觀眾；可以進入別人的夢想王國，直接地感受別人的內(nèi)心世界并和他互動。

VR 不僅可以帶給我們豐富的娛樂體驗，還具有深遠的現(xiàn)實意義。通過 VR 實現(xiàn)的外科治療模擬器極大地提高了醫(yī)生的業(yè)務熟練度，對治療結(jié)果預測有十分重要的意義；VR 在室內(nèi)設計中的應用，幫助消費者在 VR 中體驗各種可能的家居功能和改造，這本書中提到的日本廚房設計工具就是一例；VR 還可以用于能源勘探，書中提及的早期可視化地理數(shù)據(jù)模型就已經(jīng)應用于開發(fā)不同的鉆井策略；城市規(guī)劃中，VR 的應用十分廣泛，它不僅能用于規(guī)劃建筑，在高速公路和橋梁建設方面也有著非常廣闊的應用前景；VR 還能用于各類運輸工具的設計開發(fā)，波音公司就是關(guān)鍵的"增強現(xiàn)實"的早期驅(qū)動者之一，而且我們所乘坐的每一輛商用車輛幾乎都采用了 VR 原型；VR 在精神病學中的一個重要應用在于幫助醫(yī)生進入虛擬病人的身體，將抽象的精神問題轉(zhuǎn)化為具體形象的神經(jīng)動作；VR 在軍事工業(yè)中的應用謹慎而廣泛，虛擬環(huán)境的構(gòu)建、創(chuàng)傷后應激障礙軍人的恢復性訓練中，都不乏 VR 的身影……

隨著 VR 在各個領(lǐng)域的應用日益廣泛、深入，承載 VR 的相關(guān)工具也得以發(fā)展進化。貫穿這本書的 VR 頭戴設備就是基本的同時非常重要的工具之一。頭戴設備利用頭部追蹤來改變圖像的視角，體驗者的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)之間就聯(lián)系了起來，感覺更逼真。體驗者不僅可以通過雙目立體視覺去認識環(huán)境，而且可以通過頭部的運動去觀察環(huán)境。但是這種視覺主導設備中幾乎不存在任何交互，從視覺主導過渡到信息時代，在 VR 中，一個人的眼睛越來越不重要。

VR 數(shù)據(jù)手套的出現(xiàn)使體驗者可以與虛擬世界進行交互，并對其產(chǎn)生影響。通過 VR 手套，我們可以觸摸虛擬世界，用雙手對虛擬世界產(chǎn)生真實的影響。人類用雙手實現(xiàn)進化，虛擬世界也需要如此，但 VR 手套的一個嚴重的問題就是手臂疲勞。此外，計算機速度不夠快，跟不上手部的移動速度，因此體驗者會下意識地大大減緩自己的動作，保證緩慢的傳感器和計算機圖形處理器能跟得上，大部分體驗者都會經(jīng)歷時間扭曲。

當然，手不是人體單一的輸入設備，杰倫·拉尼爾一直在嘗試用舌頭作為輸入設備。他相信人們很快就能學會控制舌頭界面，實現(xiàn)一次控制多個連續(xù)參數(shù)。舌頭的靈活度各不相同，但是大多數(shù)人的舌頭都可以大幅度變形，所以它有一天可能會成為指導虛擬世界中幾何設計過程的方式。

不同于以上將視覺和觸覺等作為輸入途徑的方式，數(shù)據(jù)衣能帶給我們更為深刻的體驗。當我們在 VR 中編織新的身體時，我們也將延展大腦，這會是虛擬世界冒險的核心，其深刻的意義可能在于--與身體連接的大腦的大部分覺醒。

當前我國正處于深入實施《中國制造 2025》，建設制造強國的重要時期。VR、產(chǎn)品和服務既是制造業(yè)新的戰(zhàn)略性發(fā)展方向，也是支撐制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、模式轉(zhuǎn)變的重要手段。面對快速發(fā)展的 VR和應用，我國需要更加重視它對實現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要推動作用，加大政策支持力度，加速突破關(guān)鍵核心技術(shù)，力爭在制造業(yè)與VR 的共同發(fā)展進程中，形成新的競爭力和競爭優(yōu)勢。

國家制造強國建設戰(zhàn)略咨詢委員會

序言 虛擬現(xiàn)實的時刻

20 世紀 80 年代末的一天，一個大信封被投進了加州雷德伍德城一家初創(chuàng)技術(shù)公司大門的投信口里。信封上標有請勿用 X 射線掃描的醒目字樣，內(nèi)附一個軟盤，存有一整個城市的數(shù)字模型。我們已經(jīng)為此等了一個上午。拉尼爾，拿到啦！快去實驗室！伴隨著呼喊聲，一名工程師跑過來搶走了信封，撕開它，跑向?qū)嶒炇遥瑢④洷P插入計算機。

此時，我要開始進入一個全新的虛擬世界了。

我瞇起眼睛看著屏幕上自己的手，在湛藍的天空下，我巨大的手掌遮蓋了整個西雅圖市區(qū)，從我的手腕到指尖，可能有 1 000 英尺

的距離。

當然，這里的漏洞顯而易見。一只手的大小應該剛好能撿起一個蘋果或棒球，它不會比摩天大樓還大。你不該用英尺這種單位計量手的長度，更不用說上千英尺。

這是一個抽象的城市。在 VR 的早期階段，大部分的建筑形象都用橡皮泥模型代表，而這些色彩對西雅圖來說太過鮮艷、熱鬧，白色的霧也太過均勻而顯得不太真實。

我的直接反應是要修補這個漏洞，但我還是花了一點時間來進行實驗。我飛了下來，試圖在波光粼粼的普吉特海灣輕輕推動一艘渡輪。成功了！我竟然控制住了這只手，簡直出人意料。

雖然它大得嚇人，但我仍然可以操控自如。VR 中偶爾出現(xiàn)的漏洞恰恰展示了人們與世界和彼此相互關(guān)聯(lián)的新方式，這是奇妙的時刻。每當此時，我都會停下來思索，企圖

抓住一閃而過的靈感。在遇到過數(shù)次 VR 漏洞后，你不得不問自己：是誰在虛無中停

留，經(jīng)歷了這種種？是你，但又不完全是你。當你可以通過虛擬技術(shù)改變你的身體甚至整個世界時，你自己還剩下些什么？通過一根從天花板上懸掛垂下的回線，電纜將我的眼機（EyePhone）連接到一排冰箱般大小的計算機上，這些計算機的降溫風扇發(fā)出隆隆的轟鳴聲。我戴著數(shù)據(jù)手套。綴有光纖傳感器的光滑的黑色網(wǎng)眼織物和更粗的電纜，將我的手腕與天花板上的圓環(huán)相連。燈光點點，屏幕閃爍。眼機的橡膠環(huán)在我的眼周留下了濕潤的紅色凹痕。

我置身于這個奇特的世界中，充滿了新奇感，然后我又回到現(xiàn)實，回到我們的實驗室。目之所及的是老舊的壁毯和來自太空時代的廉價仿木紋書桌，這些是硅谷建筑中常見的物品，充斥著絲絲鋁金屬的氣味和臟水味。

一群技術(shù)怪才湊在一起，躍躍欲試。一個穿著短夾克衫的大胡子壯漢陷在扶手椅中一動不動。湯姆一直表現(xiàn)出充分的職業(yè)素質(zhì)和分析能力，雖然就在幾分鐘前，他還告訴我他整夜都在瘋狂地探索虛擬舊金山。安似乎在想：天啊，為什么我又成了這間屋子里僅存的成年人！

像西雅圖嗎？

有點兒，我說道，這……很奇妙。所有人都湊在計算機屏幕前。我們的項目中每一次微小的迭代都會帶來改進。有一個漏洞。人物的手太大了大了好幾個數(shù)量級。

單單是我的手在 VR 里穿梭，也讓我樂此不疲。當你置身其中時，就不僅僅是一個觀察者了，你是當事人。但要確定虛擬的手應該怎樣抓住虛擬的東西，每個微小的功能細節(jié)都不容忽視。

虛擬指尖可能會不小心穿過要拿起的物體，但在避免這種情況時，又可能無意中將手變得過分龐大。在這個全新的世界中，一切都相互關(guān)聯(lián)，每一次規(guī)則的調(diào)整都可能產(chǎn)生令人驚訝的超現(xiàn)實漏洞。

漏洞是 VR 中的夢境，它們改變了你。

在這一時刻，這只巨大的手不僅改變了我對 VR 的感受，而且改變了我對現(xiàn)實世界的感受。此時，在這個房間里，我的朋友看起來就像半透明的生命體，有節(jié)奏地跳動著，透明的眼睛里滿是真意。這不是幻覺，而是感知的升華。

現(xiàn)實世界在新的視角中展現(xiàn)。