提要
本系列主要以约翰·文斯的《虚拟现实导论》(Introduction to Virtual Reality by John Vince)为基础，结合作者自身的经历和经验，对虚拟现实(Virtual Reality, VR)进行深入浅出的介绍。本文将会介绍虚拟现实的方方面面，力求通俗易懂，不涉及复杂的数学，也不会深入分析某一个方面。
简介
文斯的《虚拟现实导论》写于2004年，距今已有11年了，但仍然是一本虚拟现实入门的好书。个人觉得其原因有三点：
- 首先，本书很全面地介绍了VR。从VR用到的计算机图形学技术，到VR的硬件、软件构成，到VR的人机交互，基本上涵盖了VR的各个方面。
- 其次，本书中所述的很多内容并没有过时。这些东西很多都是基石性质的，并不会在短短的11年内就产生天翻地覆的变化。
- 第三，没有其他更多的关于虚拟现实的概述类的书籍了。
但是本书也有一些问题：
- 首先，虽然这11年来VR没有什么大的发展，但是这两年突然迎来了一个发展的黄金期，陆陆续续出现了很多新硬件和软件。这本书中显然不可能覆盖到这些最新的内容。
- 第二，本书缺乏对虚拟现实历史的介绍。想要完整的了解一项技术，即使是入门性质的了解，也需要对其发展历史进行回顾。如此才能更好的展望未来。
本系列将以连载的形式发布，每次两千字左右，适合茶余饭后睡前午后阅读。在下才疏学浅，文中难免有错误之处，敬请批评指正。
本次我们先来谈谈什么是虚拟现实，下次将介绍虚拟现实的发展过程。
什么是虚拟现实
虚拟现实的定义，一直以来都没有一个定论。虚拟现实有两种不同的含义。第一，虚拟现实可以指计算机生成的，用户可以在其中遨游并与其交互的三维场景。这一类定义有时候又称为虚拟环境(Virtual Environment, VE)。第二，虚拟现实可以是用于生成虚拟环境的整个过程和配套设备的总称。在以上任一种含义下，虚拟现实都没有一个固定的，一言以蔽之的定义。VR有几个关键要素，一般来说，具备这几个关键要素，或者说重要特征，就可以被称为VR。
第一个要素是沉浸(immersive)。简单来说，沉浸感就是「身临其境」的感觉。一本引人入胜的小说可以给人身临其境的感觉。即便没有画面和声音，你同样可以感受小说中紧张曲折的故事。读者通过作者的描述来观察，来倾听，来触摸，来闻香，来品尝。一部惊心动魄的电影或者舞台剧，同样可以给人沉浸感。观众通过视觉和听觉来融入到电影的情节里。
还有那些充斥在各个主题公园和博物馆的所谓4D电影，其实就是添加了简单的触觉（比如骑马的时候椅子会颠簸，地上有虫子爬过的时候地面有东西挠你脚，被淋水的时候椅子上有水喷出来，以及被打的时候椅背上会有东西弹出来打你一下）和嗅觉（剧场里弥漫有味道的气体）。目前我还没见到过有哪个4D电影有涉及到嗅觉。
但小说和电影都不能算是虚拟现实，因为他们不具有虚拟现实的第二个要素，那就是互动(interactive)，或者说交互。电子游戏从诞生之初就因为交互性而区别于其他艺术形式。比如说早期的基于文字的冒险游戏，既没有声音也没有图像，跟小说相比，唯一的不同便是多了交互性。一个著名的例子是Sheldon Cooper谢耳朵同学曾经玩过的Zork: The Great Underground Empire。游戏的开场是这样的：
第一个场景叫房子西边。描述是你站在一座白色房子西边的空地上，房子的门被木板固定住了。你面前有一个小信箱。接下来就是玩家输入各种指令来推动情节发展，进行自己的冒险之旅。
优酷上的这个视频有详细的中文解说和流程（只有部分）。建议观看前2分钟，如果有兴趣再继续观看或者点击这里可以玩。
Zork产生于1977年，而到了20世纪80年代，这类游戏渐渐加入了简单的图形来配合文字，比如Mystery House这个游戏：
这个游戏玩法和Zork类似，可以参考优酷上的这个视频。
这类游戏虽然有沉浸感，有互动性，但缺少虚拟现实的第三个要素，实时(real-time)。众所周知，无论是电影还是游戏，都是利用人眼的视觉暂留现象，用快速的播放一幅幅画面，来造成「连贯」的错觉。要做到欺骗人眼，电影需要24帧每秒(fps)，游戏则需要30-60帧每秒(fps)（为什么两者之间有差别，请参考知乎的这个答案）。
VR的另一个重要元素是用户为中心的视角(viewer centered perspective)。在一个虚拟现实环境里，你一边在计算机生成的空间里行走，一边通过你自己的眼睛来「看」这个空间，来与空间里的物体交互。
其他VR涉及到的概念还包括头部位置追踪(head tracking)，宽视域(wide field of view)和立体视觉(stero vision)等。
除了「看」，也就是「视觉」以外，为了增加沉浸感，「音频」也发挥着重要作用。「触觉」在小型沉浸式空间里也有作用。另外两个感觉，「嗅觉」和「味觉」，即使在大学和研究所里，也并没有取得很大的进展。
在了解了构成虚拟现实的要素之后，我们来看一个多种要素结合而成的，典型的虚拟现实应用。
照片里是通用汽车公司的高级IT专家Randy Smith在他们的CAVE系统里（更多关于CAVE的介绍请参见本系列的下一篇）。这里Randy是真人。Randy所坐的汽车座椅是真实的。其他都是计算机生成的。通用汽车公司多年来一直使用虚拟现实系统帮助设计和测试他们的不同车型。
虚拟现实简史
(未完待续)
