1 引言

随着现代科技的快速发展，科技已经无处不在。计算机是最具代表性的产品，仅仅经过几十年的时间，如今的计算机就已经有了许多不同的类型，例如巨型服务器、台式个人计算机（PC）、笔记本电脑、智能手机和平板电脑，甚至还有手腕或头上的可穿戴设备。计算机和人类之间的关系已然经历了根本性的变化。人机交互是一个研究领域，它能帮助人们去更容易地控制机器，从而使计算机为各种各样的用户所用，从少数专业人士普及到世界各地的大多数人。美国计算机协会（ACM）将人机交互定义为“有关交互式计算机系统的设计、评估、实现以及与之相关现象的学科”（Hewett et等, 2009）。

起初，我们只能输入命令让计算机工作，随着图形用户界面和鼠标的诞生，我们开始点击图标来运行计算机。近年来，触摸屏技术的出现解放了我们的双手，让我们可以通过触摸屏幕去使用设备。但人们仍然希望探索更多与计算机交互的方式。虚拟现实技术作为人机交互的主要类型之一，成为近年来研究的热点。Oculus Rift、谷歌眼镜和微软HoloLens代表了虚拟现实、增强现实领域最先进的技术。人与现实世界的交流是很正常的，相比而言虚拟世界则是非常孤立的，那么在现实与虚拟之间，是否有一个交流的平台可以帮助人们找到更多的朋友呢？

人们只是重复单调的日常活动，难免会感到无聊。有没有一种方法可以使现实世界变得丰富多彩？增强现实技术可以解决上述问题，这是一种可以促进解决新需求的技术，它将成为下一个大事件。这本书将介绍人机交互和虚拟现实、增强现实的发展历史。书中将分析三种最具代表性的技术：Oculus Rift、谷歌眼镜和微软HoloLens。在此基础上还将讨论这些技术的优势和劣势并推断虚拟现实和增强现实技术成为人机交互下一阶段的可能性。

虚拟现实是指通过计算机去体验那些并不真实存在的事物。从这个简单的定义来看，这个想法并不是特别新颖。举个例子，当你看到一幅令人惊叹的卡纳莱托画作时，你感受到了250年前的意大利样貌——这就是一种虚拟现实。同样地，如果你闭着眼睛聆听周围的器乐或古典音乐，然后开始幻想，这样体验一个并不存在的世界难道不是虚拟现实的一个例子吗？沉浸于一本书或一部电影呢？这肯定也是一种虚拟现实吧？

如果我们要理解为什么书籍、电影、绘画和音乐与虚拟现实不同，就需要为虚拟现实下一个非常清楚的定义。在这篇简单的介绍性文章中，我将把它定义为：

一个可信的、交互式的、由计算机创造的3D世界，你可以去探索这个世界，它会让你有一种身临其境之感，无论是精神上还是身体上。

换句话说，虚拟现实必须是：

可信的：你能真的感觉到自己置身在虚拟世界里（比如火星上），并且这种感觉是持续的，否则虚拟现实的幻觉将会消失。

交互式的：当你移动时，虚拟现实世界会和你一起移动。你可以看一部3D电影然后被传送到月球或海底，但这完全算不上交互式的。

由计算机生成的：为什么虚拟现实必须是计算机生成的？因为只有功能强大的计算机，再加上逼真的3D计算机图形，才有足够快的速度，让虚拟世界变得可信、具有交互性和如同真实一般，并能随着用户的移动而实时改变。

可探索的：虚拟现实世界要足够大、足够精细，才能供用户探索。不管一幅画有多么逼真，它仅仅是从一个角度展现了一个场景而已。一本书可以描述出一个巨大而复杂的“虚拟世界”，但只能以一种线性的方式——也就是按照作者的描述去探索其中的世界。

沉浸式的：为了让虚拟现实既可信又具有交互性，你的身体和大脑都需要参与其中。艺术家的绘画能让我们一睹战争中的冲突，但永远不能完全传达战争带来的视觉、听觉、嗅觉、味觉和感觉。你可以在家里的个人电脑上玩飞行模拟器游戏，沉浸在非常逼真的互动体验中数个小时，屏幕上的场景会随着“飞机模拟器”的飞行不断变化，但这与真实使用飞行模拟器有所不同。坐在一个真正液压操作的实体模型驾驶舱中，当它发生倾斜时，你会感觉到真正的力。更不用说和驾驶一架真正的飞机的体验相差甚远了。

由此我们能看出为什么阅读书籍、欣赏绘画、听古典交响乐或是看电影都不属于虚拟现实。因为尽管它们都部分地展现出另一种现实的面貌，但都不是交互式、可探索的，也不能让人完全信服。如果你正坐在电影院里看着银幕上的一幅巨大的火星图片，当你突然转过头去时，你会看到现实的场景，从而回想起自己实际上是在地球上，而火星图片带来的幻觉就会消失。如果你在屏幕上看到一些有趣的东西，但你无法伸出手触摸它或向它走近，那么同样，幻觉会消失。因此，这些形式的娱乐本质上是被动的：无论看起来多么逼真，它们都不会以任何方式去主动与你互动。

虚拟现实则完全不同。它让你觉得自己真的身处一个完全可信的虚拟世界，用技术术语来说，就是一个让你完全或部分沉浸在其中的世界。虚拟现实是双向交互的：当你对看到的内容做出响应时，你看到的内容也会有所响应；如果你转过头，你在虚拟现实中看到或听到的也随即发生改变，从而与你的新视角相匹配。