第一節 虛擬現實技術醞釀期
虛擬現實技術醞釀期的時間大致為1838年至1961年。在這120多年的時間里，關于虛擬現實的早期技術的醞釀主要包括了兩大領域：第一是立體顯示技術的醞釀和積累，第二是運動跟蹤技術的醞釀和積累。在這個階段，顯示技術主要是從圖片立體顯示到視頻立體顯示，計算機圖像技術還沒有進入虛擬現實顯示領域。運動跟蹤技術從早期的運動模擬到磁力運動跟蹤系統的出現，其標志性事件為：1960年，摩登·海里戈（Morton Heilig）發明第一個頭戴式顯示設備（簡稱VR頭顯）Telesphere Mask，標志著虛擬現實顯示技術的出現；1961年，工程師科莫（Comeau）和布萊恩（Bryan）開發出第一個頭戴式顯示設備運動跟蹤系統Headsight，標志著虛擬現實頭戴跟蹤技術的出現。
一、虛擬現實立體顯示技術的醞釀和積累
1. 1838年，立體照片誕生
1838年，英國人查爾斯·惠特斯通（Charles Wheatstone）研究發現，大腦可以將雙眼看到的兩張不同的二維平面圖像處理成一個整體的三維立體效果，兩只眼睛觀看兩張并排的照片（左右眼各看一張），這時兩張原本平面的照片就可以給觀看者帶來一種接近真實的深度感和空間感。后來，基于這樣的原理制作了View-Master立體鏡。
View-Master立體鏡（中間是兩塊鏡子）
1849年，大衛·布儒斯特（David Brewster）以兩塊小巧的眼鏡型透鏡取代了上面右圖中間的兩塊鏡子，進而發明出改良型的立體鏡。此后，View-Master立體鏡被發展應用于虛擬旅游領域，而眼鏡型立體鏡設計原理則廣泛地應用于后來的3D紅藍立體電影、3D立體電影及虛擬現實眼鏡。
眼鏡型立體鏡和兩只眼睛觀看的立體照片
2. 1957年，摩登·海里戈發明第一個3D立體沉浸式體驗設備Sensorama
1957年，摩登·海里戈制造出第一個3D立體沉浸式體驗設備Sensorama，并于1962年申請專利。摩登·海里戈希望把它打造成一個具有全方位體驗效果的“未來影院”，所以給Sensorama安裝了立體聲揚聲器、3D立體顯示器、風扇、氣味發生器和一個振動椅。通過這些部件的使用，能夠有效地刺激觀看者的全方位感官，將體驗者沉浸在他創作的3D電影中。它能讓人沉浸于虛擬摩托車上的騎行體驗，感受聲響、風吹、震動和布魯克林馬路的味道。為了讓人體驗到這樣的效果，他還專門制作了6部3D影片：《摩托車》（Motorcycle）、《肚皮舞》（Belly Dancer）、《沙灘汽車》（Dune Buggy）、《直升機》（Helicopter）、《和Sabina約會》（A date with Sabina）和《我是一個可樂瓶！》（I’m a coca cola bottle!）。Sensorama成為全世界第一臺3D立體沉浸式體驗設備。
3D立體沉浸式體驗設備Sensorama
3. 1960年，摩登·海里戈發明第一個3D頭戴式顯示設備Telesphere Mask
1960年，摩登·海里戈發明了第一個3D頭戴式顯示設備Telesphere Mask。Telesphere Mask是一種戴在頭上的播放3D立體電影的設備，它沒有任何運動跟蹤，也沒有任何交互能力。但是，這是人類第一次將3D立體顯示器作為穿戴設備佩戴在身上，成為歷史上第一個頭戴式顯示設備。
Telesphere Mask的頭戴效果和設計圖
Telesphere Mask 3D頭戴式顯示設備的出現標志著虛擬現實顯示技術的正式出現。摩登·海里戈在申請專利時對Telesphere Mask的描述為“用于個人用途的一種可伸縮的電視設備”，“它的目的是給使用者帶來一種完全真實的感覺，可以移動彩色三維圖像，讓使用者可以沉浸其中的視角，聽到立體的聲音，可以感受到空氣流動和氣味的感覺”。Telesphere Mask和我們現在使用的3D視頻頭戴式顯示設備基本一樣，唯一不同的是它的顯示來源不是連接到智能手機或電腦，而是連接到縮小的電視管。相對之前的設備而言，Telesphere Mask已經變得非常輕便，耳朵和眼部的位置可以根據不同人的尺寸進行調整，戴在頭上也很方便。即使跟很多現代頭戴式顯示設備相比，Telesphere Mask也不遜色，要知道它誕生在近60年前，一個彩色電視尚未來臨的時代。
二、虛擬現實運動跟蹤技術的醞釀和積累
1. 1929年，愛德華·林克發明飛行模擬器Link Trainer
1929年，愛德華·林克（Edward Link）發明了Link Trainer——歷史上第一個純機電的商業飛行模擬器，應用于飛行員的訓練。Link Trainer由連接到方向舵和轉向柱的幾組電動機控制飛行模擬器在不同軸向上的旋轉，可以改變模擬器的俯仰角、偏航角和翻滾角。以小型電動機驅動的裝置可以模擬湍流和擾動，這樣做是為了以更加安全的方式去訓練飛行員。當時，美國軍方以3500美元購買了6個這樣的設備。第二次世界大戰期間，超過500000名飛行員使用10000多個Link Trainer訓練器進行初始培訓以提高他們的飛行技能。下圖顯示的是愛德華·林克和他發明的Link Trainer。對于虛擬現實來講，Link Trainer的意義在于，人類首次實現了以機電設備去模擬真實世界的運動，這對于以后人類在虛擬現實中模擬和跟蹤相關運動的思路和方法具有參考和借鑒的積極意義。
愛德華·林克和他發明的飛行模擬器Link Trainer
2. 1961年，科莫和布萊恩發明第一個運動跟蹤顯示設備Headsight
1961年，兩個Philco公司的工程師科莫和布萊恩開發了第一個頭戴設備運動跟蹤系統Headsight。它包括視頻屏幕和磁力運動跟蹤系統，并連接到閉路電視攝像機。Headsight沒有虛擬現實的應用開發程序，但允許軍隊對危險情況的沉浸式遠程查看，觀察者頭部移動將移動遠程相機，用戶可以自然地環視環境。
運動跟蹤顯示設備Headsight
工程師科莫和布萊恩開發出第一個頭戴式顯示設備Headsight的視頻屏幕和磁力運動跟蹤系統，標志著虛擬現實頭戴設備跟蹤技術的第一次出現。盡管Headsight還沒有與計算機3D圖像顯示進行集成，但它仍是虛擬現實頭戴式顯示設備向運動跟蹤領域發展邁出的重要一步。