1.1 什么是VR

现实即幻象，只是非常稳定罢了。

——阿尔伯特·爱因斯坦

VR是英文Virtual Reality的首字母缩写，直译为中文就是虚拟现实，含义是虚拟和现实前所未有的接近，几乎难以分辨。

其实什么是虚拟、什么是现实，我们不一定有相同的答案。看过《黑客帝国》的人都知道，主角开始沉浸在一个完全仿真的世界之中，矩阵模拟了他的所有感官。在那样的世界里面，你活得如此真切，既能感受到阳光的温暖，也能感受到微风拂面而过，还能享受到提拉米苏在舌尖味蕾上跳芭蕾舞……

如果真有这样一个世界存在，你还能分得清虚拟和现实吗？至少主角Neo（由基努·李维斯扮演）分不清，我们也不一定分得清。如图1-1所示，未来的VR眼镜可能就是这样的。

可以说深受这部电影的影响，很多人都幻想着要创造一个接近于现实的虚拟世界，做那个世界的造物主，或者一个英雄。很多时候现实世界是无趣的，大家要依靠书籍、电影和游戏等虚拟产物来消磨时光，所以太多男人想要做英雄！

VR这种能够让虚拟无限接近于现实的技术强烈地吸引着大家，它可以使玩家置身于一个想象出来的魔幻世界或者模拟真实的世界，并且让玩家如同身临其境，和虚拟的对象产生交互，让人深度地沉浸其中。

VR人为地创造感官体验，目前主要是视觉和听觉，配合其他硬件设施还可以模拟触觉、嗅觉等体验。我们常常把这种感官上可以混淆现实的刺激称为沉浸式体验，因为它真的可以做到让玩家置身于异度空间中，并且无法自拔。

通过感官刺激来混淆真假属于欺骗大脑的行为。下面简单分析人类看待事物的原理或者说双眼的视觉机制。人之所以能够看到立体的景物，是因为我们的双眼可以各自独立看东西，左、右两眼有一定的间距，造成两眼的视角有些细微的差别，而这样的差别会让两眼看到的景物有一点点的位移。

左眼与右眼图像的差异称为视差，人类的大脑很巧妙地将两眼的图像进行融合，在大脑中产生出有空间感的立体视觉效果，如图1-2所示。那么，VR的视觉原理又是怎样的呢？

在虚拟现实的设备中大多数都采用了视差模式，通俗地讲就是“左右眼”，电影院的3D电影是将带有视差的双眼画面同时投射到幕布上，然后用3D眼镜来进行过滤分离，这样左右眼可以分别看到对应视差的画面，以达到视觉上的立体效果，如图1-3所示。

虚拟现实采用类似的原理，把左右眼的视差画面分别渲染到两个对应的屏幕上，人类的双眼按照习惯采集画面并传递给大脑进行混合，从而实现立体视觉。所以我们可以很容易地发现VR设备里面都是两块小屏幕，上面渲染的其实是交错的同一个画面。

交错显示模式的工作原理是将一个画面分为二个图场，即单数描线所构成的单数扫描线图场或单图场与偶数扫描线所构成的偶数扫描线图场或偶图场。在使用交错显示模式做立体显像时，我们便可以将左眼图像与右眼图像分置于单图场和偶图场（或相反顺序）中，我们称此为立体交错格式。

若使用快门立体眼镜与交错模式搭配，则只需将图场垂直同步信号当作快门切换同步信号，即显示单图场（即左眼画面）时，立体眼镜会遮住使用者的一只眼睛，而当换显示偶图场时，则切换遮住另一只眼睛，如此周而复始，便可达到立体显像的目的。

画面交换的工作原理是将左、右眼图像交互显示在屏幕上。使用立体眼镜与这类立体显示模式搭配，只需要将垂直同步信号作为快门切换同步信号即可达成立体显像的目的；而使用其他立体显像设备则需将左右眼图像（以垂直同步信号分隔的画面）分送至左右眼显示设备上。

计算机屏幕只有一个，而我们却有两只眼睛，又必须让左、右眼所看的图像各自独立分开才能有立体视觉，所以可以通过3D立体眼镜让这个视差持续在屏幕上表现出来。

通过控制IC送出立体信号（左眼→右眼→左眼→右眼→依序连续互相交替重复）到屏幕，并同时送出同步信号到3D立体眼镜，使其同步切换左、右眼图像，换句话说，左眼看到左眼该看到的景象，右眼看到右眼该看到的景象。

3D立体眼镜是一个穿透液晶镜片，通过电路对液晶眼镜开、关的控制，开可以控制眼镜镜片全黑，以便遮住一眼图像；关可以控制眼镜镜片为透明的，以便另一只眼睛看到该看到的图像。

3D立体眼镜可以模仿真实的状况，使左、右眼画面连续互相交替地显示在屏幕上，并同步配合3D立体眼镜，加上人眼视觉暂留的生理特性，就可以看到真正的立体3D图像，如图1-4所示。

我们在这里顺带简单讲下和VR相关的AR和MR。所谓的AR和VR不同，VR是完全的虚拟空间，在那里你基本上与世隔绝；而AR是建立在现实的基础上，将计算机生成的虚拟图像嵌套到现实图像之中，形成虚拟和现实混合的视觉体验，所以AR（Augmented Reality）被称为增强现实。MR（Mixed Reality）被称为混合现实，把计算机生成的物体混合到真实世界当中，也是VR和AR的结合点。混合现实能把真实世界和虚拟世界融合在一起，生成新的环境和视觉图像，让真实物体和数字物体实时共存并进行互动。混合现实存在于物质世界或虚拟世界，是现实和虚拟混合的产物。

如图1-5和图1-6所示，AR、MR和VR将会成为改变未来世界的三大技术。我们在这里重点掌握针对HTC Vive设备的VR开发技术。如果要用一句话来总结VR到底是什么，那么VR就是沉浸式的可自由交互虚拟空间体验，既可以是极度真实的，也可以是充满想象的。