二、至今仍有参考价值的工程图

概念的想象可以天马行空，在较短时间内完成，但在科幻的外壳中注入硬核的科学技术，则需要花费大量的人力物力，还要遵循科技发展的规律。1955年，美国摄影师莫顿·海利阁（Morton Heilig）把这种沉浸式设备的想法又往前推进了一步，设计出了原型图，并于1957年获得了专利（如图3-1-3所示）。

图3-1-3 莫顿·海利阁沉浸式设备

晶体管时代的设备难以小型化，按照原型图的构想，1956年，莫顿·海利阁真正制造出来的是一台和游戏街机相仿的Sensorama Stimulator，它能显示三维影像，能还原立体声，椅子可以根据观看到的内容而震动，还有风扇和气味（如图3-1-4所示）。莫顿为这部机器专门拍摄了六部短片，那简直就是现代科技馆里所谓的5D电影[3]。1962年，这台机器获得了专利。

图3-1-4 莫顿发明的Sensorama Stimulator

美国《星期六晚报》（The Saturday Evening Post）1964年4月18日一篇关于Sensorama Stimulator的报道描写到：感应式模拟器一次只能供一个人观看，观影者坐在一张红色的椅子上，紧紧抓住控制装置，通过看似双筒望远镜的东西观察。第一个场景模仿的是在交通中骑摩托车的感觉；第二个场景是和肚皮舞演员在同一个房间里。摩托车之旅以可怕的颠簸开始，影片突然将观众置于一个男人的位置，以不负责任的速度驾车穿过布鲁克林大桥。废气扑面而来，红色的椅子向后晃动，发出震耳欲聋的轰鸣声。

但5D并不等于VR。Sensorama Stimulator中的先进技术只有两项和虚拟现实相关，即“三维”和“力反馈”，仅有这两项还远远不能达到科幻小说作家描述的沉浸特质。三维影像只是通过模拟人眼的双眼视差还原立体感，这种影像是线性呈现的，而且不能随观看者的头部转动而联动；力反馈通过椅子并不能完整模拟自然界的力学结构，只是被动地感受震动，而不能和看到的对象进行互动。

1965年，麻省理工学院（MIT）的计算机专家伊凡·萨瑟兰（Ivan Sutherland）发表了名为《终极显示》（The Ultimate Display）的论文，第一次以“使用者无法区分与现实世界的差异”定义了虚拟现实技术。虚拟现实的概念主要包括：可以展现3D的视觉和声音效果；能够提供触觉反馈；由电脑提供图像并保证实时性；用户能够通过与现实相同的方法与虚拟世界的物体进行互动。三年后，在麻省理工学院的林肯实验室中，伊凡和他的学生发明了人类历史上第一套头戴虚拟显示设备，由于设备笨重，需要吊挂在实验室屋顶，于是形象地命名为“达摩克利斯之剑”（Sword of Damocles）。用户左右转动头部时，由计算机生成的几何矩形可以产生相应的透视变化。此时，VR技术迈出了关键的一步（如图3-1-5所示）。

图3-1-5 伊凡·萨瑟兰的头戴虚拟显示设备“达摩克利斯之剑”

莫顿·海利阁和伊凡·萨瑟兰都被誉为“VR之父”。莫顿的贡献主要在头显（HMD）设备的原型设计，伊凡的贡献和莫顿正好相辅相成，主要凸显在计算机图形处理方面。

要知道，微软的视窗系统Windows1.0在1985年才发布，伊凡的计算机图形交互技术介入虚拟现实，其技术的先进性可见一斑。早在1963年，当伊凡完成他的博士论文的时候，仅用短短一年的时间就开发出了全世界第一个人机交互界面Sketchpad（如图3-1-6、图3-1-7所示），它是第一个使用完整图形用户界面的程序，在3D计算机建模和视觉模拟方面开辟了新天地，是计算机图形学和计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，简称CAM）的基础。作为现代计算机辅助设计的鼻祖，Sketchpad引发了计算机程序设计的革命。伊凡证明计算机图形不仅可以用于技术目的，也可用于艺术的用途。

图3-1-6 伊凡·萨瑟兰开发的Sketchpad

图3-1-7 Sketchpad在麻省理工学院的林肯TX-2计算机上运行，伊凡使用后来发明的光笔Demonstrating Sketchpad在屏幕上画画

诸事俱备，人们期待着计算机科学的进步，期待着微型芯片技术的普及和计算机运算能力的几何级增长。