编者按:在 ARVR 这类设备诞生之前,人类为了增强视觉进行了几千年的研究和探索,这些探索的产物如今成为了我们日常生活中稀松平常的事物,但是它们同样重要。这篇出自 UX 设计师 Olesia Vdovenko 的文章重新梳理了 VR 和 AR 出现之前的视觉增强探索史,有趣且充满启发性。

正如同我们所看到的,AR 和 VR 正在改变当前的世界,不过在 AR 和 VR 诞生之前,有很多前置的发明和技术,是这些东西逐渐发展并启发来如今的 XR 技术。当然,AR 技术能发展到如今的状态,很大程度是因为人类想要看到更多,表达更多,这才是技术发展到此的原因。

皮影戏

皮影戏的具体起源如今已经很难考证来。虽然居于洞穴的原始人会玩影子游戏是合乎逻辑的设定,但是并没有具体的证据。一般说来,大家会认为皮影戏起源于亚洲某个区域。不过可以肯定的是,篝火前的影子游戏逐渐发展成为一种娱乐方式是相当自然的。因此,皮影戏的诞生追溯到 公元前 2 世纪更早一些的历史时期就不足为奇了。

皮影戏在某些文化当中,和当地的宗教起源也有关联,在部分地区会涉及到神灵和仪式。

由于皮影戏本身的流传形式,目前几乎很很难找到历史特别悠久的遗存,而且材料本身的脆弱也是一个相当重要的原因,这也使得如今对于皮影戏的历史认知,很多都来源于侧面的记载和印证。

下图是一种来自马来西亚的一种皮影戏艺术,名为 Wayang,它可以追溯到 1500 前后,图片中的皮影人偶大概是 1700 - 1800 之间的文物。

AR 和 VR 诞生前,人类的视觉增强探索史

目前存于大英博物馆

皮影戏应该是现存最早的 AR 「原型」样本之一,这种使用灯光和人物角色来呈现故事的艺术形式,几乎是任何投影型艺术的雏形, 如今的 AR 仅仅只是将图像投射到现实世界。

视错觉艺术

和皮影戏类似,视错觉通常被用作添加一些东西来欺骗大脑。

有人认为,视错觉很早就已经被古人运用到不同的地方。有一个案例是古希腊画家 Zeuxis 和 Parrhasius 的故事,他们俩曾试图使用视错觉欺骗彼此。传说 Zeuxis 绘制了以假乱真的葡萄,甚至可以诱骗小鸟,而 Parrhasius 则绘制来一个极为逼真的窗帘来欺骗 Zeuxis ,虽然这个故事的真实性存疑,但是它确实用到了视错觉技术。

AR 和 VR 诞生前,人类的视觉增强探索史

描绘 Zeuxis 和 Parrhasius 的版画,出自 Den gulden winckel der konstlievende Nederlanders (1613)

同样的,虽然视错觉的世纪使用场合的证据缺乏,但是在光学当中,视错觉相关的研究并不在少数。比如托勒密(公元 100-170 年)就在自己的著作当中描述来不少视错觉的存在:视觉错觉、知觉误判和心理推断。有意思的是,在他的 公元 2 世纪的著作当中提到了动画的概念,而类似的产物直到 17 世纪才出现。

在谈到知觉误判的时候,他讲到了艺术家如何将二维的物体绘制得有三维的特征,而这正是视错觉的基础。

实际上到来 17 世纪的时候,我们看到来越来越多的艺术作品当中使用了视错觉的设计。圣伊格纳齐教堂当时准备建造一个巨大的拱顶,但是临近的多米尼加修道士抱怨,如果拱顶真的修那么巨大会影响隔壁图书馆的采光,所以 Andrea Pozzo 使用视错觉的插画让拱顶看起来足够宏伟,但是实际的建筑层高不用修筑得那么犯规。

某种意义上来说,这幅插画实现了「视觉增强」。

AR 和 VR 诞生前,人类的视觉增强探索史

而在随后的的 18- 19 世纪,艺术家们继续在他们的插画当中使用各种视错觉技术,就像下面的这幅来自荷兰的讽刺画(1710-1726年):

AR 和 VR 诞生前,人类的视觉增强探索史

当时的艺术家为了研究视觉的作用原理,催生了很多有趣的发现,比如立体成像。1838 年,Charles Wheatstone 绘制了有史以来第一台立体成像工具草图,简单来说,如今 3D 眼镜的成像原理和它是一致的。这一研究是如今 3D 视觉的基础。

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这一技术随后被用来创建3D立体图片查看器,一同诞生的是专门拍摄这种 3D 图像的摄影工具。

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19世纪晚期的 立体眼镜的广告

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立体眼镜的原理图,1882 年科普月刊插图

似乎早期的立体眼镜没有使用复杂的镜片系统,从而导致本身的结构较为复杂,图片必须放置在特定的距离。而随着镜片系统的完善,更加耐用小巧的立体眼镜也随之诞生。

我想你大概能够明白这个东西的运作原理是怎么回事,而后面的技术,连接了这些早期的设备和如今先进的 XR 头戴设备。

眼镜

Nimrud 镜片是现今发现的最早的镜头之一,发现于伊拉克,大概诞生年代是 公元前 750 - 710 之间,具体的功能现在并不清楚,因为缺乏相应的设备,而且它本身也没有放大的功能。

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早在罗马帝国时代,Lucius Annaeus Seneca 就使用装满水的玻璃容器来辅助阅读,虽然当时这种玻璃容器本身并不算流行,不过这也算是随着书写和印刷技术发展到一定程度才逐步诞生的需求。

而在玻璃和放大镜诞生之后,越来越多的镜片和相应的光学应用也开始普及,眼镜、望远镜、相机、立体镜、投影仪等等。

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Johann Amos Comenius(1658年)

伽利略曾经设计望远镜来记录太阳黑子,他会在纸张上画一个圆圈,然后将它放在望远镜附近,然后让它和太阳对齐,这个时候太阳黑子会在纸张对应的位置上留下黑点,然后伽利略以此来记录太阳黑子的位置。

AR 和 VR 诞生前,人类的视觉增强探索史

这看起来是一个相当简单的解决方案,伽利略在自己的实验记录当中也坦言它做起来并不复杂,不过在 Marc Welser 的信当中,伽利略还补充道:

「……不过在执行的时候需要灵活处理,你需要随着太阳活动及时移动望远镜,确保它能对准太阳的位置,并投射到纸张上……」

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同样的,在 19 世纪的时候,有一项名为 Camera lucida 的发明,这项发明可以借助棱镜将艺术家眼前的事物投射到纸面上,从而方便他们将轮廓勾勒出来。

这个设备还超级便携,不过由于在绘画过程中,手会遮挡住纸面的内容,所以艺术家需要经过一段时间的训练才能驾驭这个工具。通常,艺术家会尽快绘制出粗略的轮廓,然后借助这个工具来做细化。

无论是这个 Camera lucida 还是伽利略记录太阳黑子的方式,都和现代的 AR 的运作逻辑类似,比如你借助 AR 应用测量现实世界中的物体的尺寸,就非常相似。值得注意的是,这类需求一直存在着。

虽然玻璃镜片在历史上经历了很长时间的完善,但是我们注意到,护目镜存在的历史要比镜片长,比如下方这种用来对抗雪盲症的眼镜,就可以追溯到 2000 年前(有人认为它的历史还要更加悠久),通常,这些眼镜使用骨头、皮革或者是木头来制成。这类产品和玻璃镜片并没有交集,但是它们仍然非常有趣。

AR 和 VR 诞生前,人类的视觉增强探索史

现存于加拿大博物馆,目录号 IX-C-2846

随着玻璃镜片技术的发展,除了基础的眼镜之外,诞生出了大量的功能各异的发明。

AR 和 VR 诞生前,人类的视觉增强探索史

Trade card: The Maker. [James Ayscough, Ludgate St, London] optician

最终,眼镜成为了一个完整的独立的门类,成为了常见的日用品,而当 AR 和 VR 这类头戴设备出现的时候,作为基础的眼镜作为一种理所当然的形态,而没有被视作为一项重大的发明。

AR 和 VR 诞生前,人类的视觉增强探索史

早期的头戴式显示器

AR 和 VR 诞生前,人类的视觉增强探索史

Google Glass

结语

越深入地审视,我们所发现的就越多。由于 AR 和 VR 设备的复杂性,我们此刻所用到的知识涉及到过去几个世纪的积累。但是单独审视这些知识的时候,会重新看到前面几十代先辈的经验积累和探索。比如印刷技术对于镜片发明的推动和影响,远远超出眼镜本身的范畴,即使你仅仅只是对于古早的视觉设计感兴趣,你会发现其中所涉及到的艺术作品、技术文献都足够好看和有趣,而其中很多东西,一开始仅仅只是用来娱乐,为这个无聊的世界增加一点乐子,一直到现在,而 VR 和 AR 的诞生也是类似需求的产物。

文章参考来源:

  1. Chen, Fan Pen. “Shadow Theaters of the World.” Asian Folklore Studies, vol. 62, no. 1, 2003, pp. 25–64. JSTOR, http://www.jstor.org/stable/1179080.
  2. The History of Chinese Shadow Art by Google Arts and Culture
    The British Museum website
  3. Secret Knowledge (New and Expanded Edition): Rediscovering the Lost Techniques of the Old Masters by David Hockney
  4. Ptolemy and the Foundations of Ancient Mathematical Optics: A Source Based Guided StudyBook by A. Mark Smith
  5. Sines, G., & Sakellarakis, Y. A. (1987). Lenses in Antiquity. American Journal of Archaeology, 91(2), 191–196. https://doi.org/10.2307/505216
  6. Galileo and Scheiner on Sunspots: A Case Study in the Visual Language of Astronomy by Albert van Helden
  7. Google Arts & Culture
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