自古以来，人类有着种种梦想：去太空遨游，到海底探险，跨越时空隧道去领略宇宙深处的风光，到原子世界探索微观世界的奥妙…… 一门新技术的诞生使人们的梦想得以成真，这就是虚拟现实技术。

   从1960年代开始，人们就一直在探索虚拟现实的方法和技术。虚拟现实技术的发展，极大地提高了人类的认识能力。

   虚拟现实技术的诞生和发展

   虚拟现实是利用计算机生成一种虚拟环境，通过多种传感设备，模仿人的视觉、听觉、触觉和嗅觉，使用户沉浸在此环境中并能与此环境直接进行自然交互、在三维空间中进行构想的技术。

   最先把各种感觉引入虚拟环境中的是美国的海利希（M.Heilig），他于1961年提出一个设想：构造一个系统虚拟美国的布鲁克林的街景，让观众感受到在布鲁克林的街道上漫步时的真实情景。他将这个系统取名为“体验剧场”，并制造了一个外形像电话亭的摩托车仿真器，参观者进入其中，不但能体验到振动、风吹的感觉，还能闻到大街上所具有的种种气味。尽管这个系统不够完美，却给人以身临其境的感觉。

   麻省理工学院的萨瑟兰（I.Sutherland）一直在思考如何使计算机生成的图像逼真，以至于和真实生活的场景没有区别。1965年，他作了题为“终极显示”的报告，提出了一项富有建设性的建议：可以把电脑显示屏作为通往虚拟世界的一个窗口，“通过这个窗口，人们可以看到一个虚拟世界，具有挑战性的工作是让那个虚拟世界看起来真实，在其中的行动真实，听起来像真实，感觉得像真实一样” 。他勾画了一个人机界面模型。萨瑟兰的想法是用计算机模拟一个物理世界，操作者可以通过各种感官与计算机进行交互，从而达到认识对象的基本目的。

   1970年，萨瑟兰和他的研究小组试制了第一个头盔式交互显示系统。戴上头盔后可以看到漂浮在空中的一个边长为5厘米的立方体，这是第一个不存在于实际物理空间中但又与真实物理世界中的物体十分接近的虚拟物。此后，他又设计了一个在小型计算机控制下的具有三维自由度的机械控制设备，以期不但可以看到并且能触摸到虚拟的物体，这是虚拟实在技术发展史的第一个里程碑。

   美国的克鲁格（M.Krueger）提出了“人工现实”(Artificial Reality，AR) 思想，开辟了另一条道路。他认为，人类与计算机相比进化要缓慢得多，因此，研究的重点应放在相对不变的人类特性上，计算机应该适应人，而不是让人去适应计算机。最终，计算机应能对人体有感觉，能通过人的各种感官传递反应。计算机中的三维空间是人造的, 但对于该空间内物体的控制方法应该与在现实空间中的完全一样, 用户的全身运动与计算机生成的图像会产生单一的实在场。

   尼葛洛庞帝（N.Negroponte）在改进人机交互技术方面做了大量工作。1976年，他提出研制一个具有随机存取功能的多媒体以建立三维仿真环境的建议，并用超媒体系统成功地显示了阿斯彭城的实景。

   1980年代是虚拟现实技术的系统化集成阶段，并开始进入实用化阶段。拉尼尔（J. Lanier）和齐默尔曼（J.Zimmermn）在1985年发明了“数据手套”，这是一种在每个活动关节上都装有传感器的特殊手套，与计算机相联，戴上后，人的手部动作就被输到计算机中，人可以用带着手套的手去控制虚拟空间中的虚拟物体。

   加州大学伯克利分校的麦克利威(M.McCreevey)对萨瑟兰的头盔显示器进行改造，用轻巧的液晶显示器代替笨重的阴极射线显示器，并采用较为精确的头部定位装置，使头盔显示器变得更实用化。自1980年代后期起，许多国家掀起了研究虚拟现实技术的热潮。

   虚拟现实的思想渊源

   虚拟现实的思想源远流长。柏拉图的理念论、亚里士多德的艺术观、莱布尼茨虚构的关于人类感性知觉的虚拟世界，以及海德格尔的存在论都为虚拟现实提供了认识论方面的依据。活跃在虚拟现实技术领域的科学家如萨瑟兰、克鲁格等人都认为，虚拟现实技术的原创性思想，与这些哲学家的思想有许多相通之处，他们从先哲那里得到了有益的启示。

   柏拉图将观念的形式视为“真实的现实”，他认为，纯粹的真实存在于“永恒的形式”或“理念”中，它使平常的自然实体变得可以理解，人们获取知识的途径就是直接去与这些理念相遇。这与虚拟现实技术有着相通之处，超越现实的虚拟实在模拟了人类肉眼看不到、人体无法感受到的那部分物理实在，虽然不是关于真实世界中对象的绝对可靠的反映，但却是依据一定的物理原则进行思维创造或根据众多可感事物的不同特征进行加工、组合、创造，这种实在更符合人的目的性，从而达到人类认识和探索未知世界奥秘的目的。

   亚里士多德则把柏拉图的理念降低到第二位的现实，即人们从真实的现实中抽象出来的形式，真实的现实是人们感触到的存在于周围的个别的物质。他认为，人们通过对真实的现实进行模仿得到了艺术品，如工匠的作品、文艺作品等，并从这些精心制作的仿制品中学习是很自然并且是有益的，因为它们不仅仅是描述实际发生的事实，而且试图揭示隐藏在可能发生或必然发生事件中的普遍性。人们常常利用模型方法来进行科学认识、模型再现和突出认识对象的基本结构和一般特征，而忽略对象次要、分散注意力的那些特征，亚里士多德对艺术的观点有助于人们认识和理解对象。虚拟现实是对可感事物的摹仿，以可感事物为模型，以虚拟世界再现真实世界，虚拟世界高于真实世界，对于人们认识客观世界更具典型意义。

   莱布尼茨虚构了 “生命之地”， 最早创立了关于人类感性知觉的虚拟世界。他相信有许多可能的世界，所有这些可能的世界就像上帝的想法一样，只是概念性地存在。他在著作《神正论》中，寓言式地描述了一个现实的人如何探索虚拟世界：希腊女神雅典娜把数学家西奥多勒斯(Theodorus)领到“生命之地”——一个包含所有被压缩的可能世界的地方。尽管可能世界多得不计其数，但是上帝按照一定的程序从同等级世界开始进行取舍，最终使得其中最好的一个能成为现实。

   莱布尼茨已经清晰地看到了可供人类现实世界中使用的可能世界的仿真模型。莱布尼茨被誉为虚拟实在的精神之父，他关于世界中的每个实体如何与可能整体融合、这些可能的世界如何逻辑地并列的问题，对任何一位关心可能世界模仿的人都具有重要价值。

   海德格尔的现象存在论对于虚拟现实技术的形成和发展具有重要意义。他认为，以前对“存在”这个词的理解，不同于今天所理解的那样，其原始意义是指“在”，而且是作为动词来使用的。存在也就是physis，原始的physis的意思为“自我展开之涌现”。这并不是抽象认识的结果，而是对具体过程的总体描述，例如太阳的升起、波涛的涌起、植物的生长、动物的降生。它所指的这种展示、生成过程又不能混同于可被人们观察到的对象的过程，而是指过程本身。只有经过展示、生成的过程，事物才成为事物，换言之，存在之为存在，在于它是怎么“在”，怎样“在起来”，如何显示自身的。

   海德格尔的现象存在论对于虚拟世界的创立很具有启发意义。实际上，存在也可以是借助技术手段确立的实际状态，即所谓的“技术事实”。虚拟现实既不是有形的物理现实，也不是根本不存在的虚无，它是一种特殊的存在，是一种人造的电子环境，不能简单地把它归为意识，它是由物质向意识转化的中间环节，是事物的过渡态。从这个意义上说，存在着的东西的一种特殊表现形态就是虚拟现实。

   海德格尔不仅从存在论上为虚拟认识提供了本体论的依据，而且从技术论上进一步阐述了实现的可能性。他认为，“新时代的技术是本体论的基本事件，它对事物、人和世界都以一种独特的、还未曾有过的方式去加以展现”，“技术不仅仅是手段，技术是天道的一种展现方式”。

   海德格尔还看到了技术在现代的作用，他说：“对于我们大家来说，技术世界的设备、器械、机器在今天是不可缺少的，只是对不同的人来说程序不同罢了，盲目攻击技术世界，这或许是愚蠢的，想把技术世界诅咒为魔鬼的勾当，这或许是目光短浅的。我们依赖于技术对象。”虚拟认识技术引发了人们对技术本身更深刻的思索，唯有能使人类达到天人和谐的技术，才能获得对科学技术的审美体验，虚拟认识技术可以认为是这种天人和谐的技术。

   人类认识能力的新飞跃

   人工现实的创建者克鲁格曾说：“如果虚拟现实仅仅是一项技术，那么你就不会听到这么多有关它的事情了。然而，虚拟现实就是这么一种技术革新，它可以用于人类的每一种活动，而且可以用来中介人类的每一个事物。由于你全身心地沉浸在虚拟的世界之中，所以虚拟现实便在本质上成为一种新形式的人类经验……”

   虚拟现实技术为人类认识自然提供了一种新的方法和手段，它使人类的感官功能得到进一步延伸，从而使人类获得前所未有的新的经验方式，为获取经验知识和检验理论提供新的有效方法。

   利用虚拟现实技术，可以“看到”以前看不见的，“听到”以前听不见的。在微观研究领域，人们利用虚拟现实技术，看到了原子的三维图像；在虚拟的量子微观世界中看到的光电子，具有鲜明的形象，既显示出波动性，又表现粒子性。在利用超级计算机虚拟环境功能实现三维动态显示后，以前观察不到的物质化学反应的过程和细节一目了然，一位观察过高分子聚合物反应的学者激动地说：“亲眼看到反应过程中六七个变量的直观动态，是令人激动不已的经历，你可以看到高聚合物分子是如何通过舞蹈来‘解放’它们自身的。我开始看到了化学反应中从来不可能观察到的东西。”

   更奇妙的是，还能与虚拟现实技术构建的虚拟世界交流和作用，不但可以移动和触摸虚拟物体，还能在虚拟世界里随心所欲地漫游。美国考古研究所的专家们，利用虚拟实在技术再现了古都庞贝的风采。当参观者戴着头盔显示器后，就可以在古都庞贝“实地”参观游览。参观者可以按照自己的意愿走进大剧院、力士庙，欣赏圆形走廊、华丽的雕塑以及美妙的五彩壁画等，他们甚至还可以聆听剧院内圣经吟唱者悠扬的歌声和悦耳的伴奏笛声。

   虚拟现实技术在拓展人类感官功能的同时，也使大脑的功能得到延伸，虚拟现实技术利用先进的计算机用户接口， 以人机互动的认知方式弥补了计算机智能的不足，在电子程序与人的沟通过程中融入智能，实现人类大脑的真正外在化。建立和谐的人机关系，使人与计算机以更自然和有效的方式进行信息交流。

   虚拟现实技术所创造的硅化世界构成了人类新的知识源，扩大了人类的认识范围，拓展了人类的探索领域。例如，对于遥远的火星，人要上去看个究竟不是一件易事。美国航天局(NASA)发射了“火星探路者”航天器，并由它携带了一辆火星车对火星进行实地考察。科研人员利用航天器从火星上发回的数据，在地面的实验室内虚拟了一个十分逼真的火星环境，通过“身临其境”的分析和研究，对火星的地貌了如指掌，成功对火星车进行实时控制，使火星车向地球连续75天不间断地发回大量的信息。虚拟的火星环境仿佛把火星置于地球上，缩短了火星与地球之间的空间尺度。

   虚拟现实技术还可以扩大或缩小时间的尺度，加速或延缓自然事件的发生发展过程。在虚拟世界里，可以在数秒钟之内观察地壳的演变历程，在几分钟内细细品味子弹穿破玻璃的瞬间过程，仔细观察细胞分裂时的细枝末节。

   人的认识必须是在环境中受到支持的活动。吉布逊投射心理学中关于环境与感知者之间的功能性关系的研究表明，真正的认识主体本身应该自然地处于被投射的条件下，主体通过调整自己的身心状态实现与环境的协调，即通过学习与认知对象发生互动，从而把握认知对象。虚拟现实技术正可以提供一个尽可能逼真的虚拟环境，使认识主体处于被投射的条件下，身临其境地体验此环境，有效地展开学习和认知活动。

   利用虚拟现实技术设计的飞机座舱程序是一个典型的例子，学员坐在座舱里就可以获得与真实飞行一样的感受，可以进行各种操作，并根据操作后出现的效应判断操作是否正确。利用这种装置进行培训，不受气候和环境条件的限制，“操作”时间可以延长，并确保操作的安全，避免因操作失误而造成机毁人亡的事故。NASA在“哈勃太空望远镜的修复和维护”计划的仿真训练中也应用了虚拟现实技术，宇航员在虚拟的太空环境中，看到了十分逼真的“虚拟哈勃太空望远镜”和它的零件。经过反复的维护训练以后，宇航员在1993年12月升空，成功地更换了哈勃太空望远镜上损坏了的模块更换仪。

   虚拟现实技术正成为人类认识自然、探索自然界奥妙的强有力的工具。可以预言，人作为认识主体的地位将进一步跃升，人与认识客体的关系将发生质的变化，人的创造潜能将得到更充分的发挥。