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原文引自 Medium 上的一篇文章《Evolution of AR and VR: UX inspiration from history》。該譯文並非完整原文,內容已做刪減和調整,並加入了部分譯者觀點。

如今 AR 和 VR 正在快速發展,但在它們誕生之前,就有許多前置的發明和技術為此鋪墊,這些發明潛移默化啟發着技術的發展。當然 AR、VR 能有如今的成果,很大程度是因為人類想要看到更多,表達更多,這才是推動技術發展的原因。


本期提綱:

1.皮影戲:現存最早的 AR 原型之一

2.視錯覺

3.眼鏡

4.結語

1
皮影戲:現存最早的 AR 原型之一

皮影戲的真正起源如今很難考證。雖然居於洞穴的原始人可能會有玩影子遊戲的行為,但並沒有具體的證據支撐。有大量資料顯示皮影戲起源於亞洲某個地區,篝火前的影子遊戲逐漸發展成為一種娛樂方式。因此,皮影戲的誕生追溯到公元前二世紀或更早一些的歷史時期也就不足為奇了。

有證據表明,皮影戲和當地的宗教起源也有關聯,在部分地區會涉及到神靈和儀式。

皮影戲的歷史是一個較陰暗的話題,有效資料少之又少,文物也難以被找到,這跟皮影材料脆弱有很大關係。這也使得如今對於皮影戲的歷史認知,很多都來源於側面的記載和印證。

下圖是印度尼西亞的一種本土表演藝術,稱為 Wayang,屬於皮影戲留存下來較好的文物。圖片中的皮影人偶出自 1700 年末 - 1800 年初之間。

▲ 印度尼西亞皮影戲,存於大英博物館

這種使用燈光和人物角色來呈現故事的藝術形式,幾乎是任何投影型藝術的雛形,AR 也僅僅只是將圖像投射到現實世界。從這個角度看,皮影戲應該是現存最早的 AR 原型之一。



2
視錯覺

和皮影戲類似,視錯覺通常被用來欺騙大腦。

有跡象表明,古人在很早的時候就開始運用視錯覺。有一個案例是古希臘畫家 Zeuxis 和 Parrhasius 的故事,他們試圖使用視錯覺欺騙彼此。傳說 Zeuxis 繪製了以假亂真的葡萄,來誘騙 Parrhasius 的小鳥,而 Parrhasius 則繪製一個極為逼真的窗簾來欺騙 Zeuxis ,雖然這個故事的看起來並不真實,但仍然能隱約看到類似視錯覺的嘗試。

▲Zeuxis 和 Parrhasius 的版畫,出自 Den gulden winckel der konstlievende Nederlanders (1613)

雖然很難找到更多視錯覺的應用證據,但是在光學研究中,視錯覺相關的探討並不少數。比如托勒密(公元 100-170 年)就在他的著作中描述了不少視錯覺的存在:視覺錯覺、感知誤判和心理推斷。有趣的是,在他的公元 2 世紀的著作當中提到了動畫的概念,而類似的產物直到 17 世紀才出現。

在談到感知誤判時,托勒密講到了藝術家如何將二維的物體繪製得有三維的特徵,這正是視錯覺的基礎。在他的作品中,說道:

「連續掃視給人的印象就是你眼前不動的物體在移動。這種掃視有時候會發生在視覺流動的一開始,例如眩暈的狀態下,你眼睛能感覺到這種視覺錯亂。因為光線接觸到物體的時候,會繼續跟隨物體的輪廓運動,但實際上這種焦點改變的現象是內部發生的,我們的感官無法察覺。」
從 17 世紀開始,有越來越多的藝術作品使用了視錯覺的設計。聖伊格納齊教堂當時準備建造一個巨大的拱頂,但是鄰近的多米尼加修道士抱怨這樣的結構會切斷隔壁圖書館的採光,因此 Andrea Pozzo 使用視錯覺的插畫讓拱頂看起來足夠宏偉明亮。從某種意義上來說,這也是「擴增現實/AR」的原型。
▲ 安德里亞·波佐 (Andrea Pozzo) 在聖伊格納齊奧教堂的天花壁畫 (1685–1694)

在 18-19 世紀,藝術家們繼續在他們的繪畫當中運用各種視錯覺,就像下面的這幅來自荷蘭的諷刺畫(約 1710-1726 年):視錯覺的插圖表現出了四種人臉特徵,你可以根據自己看到的方向來閱讀和鏈接文字信息,這不乏是一種節省空間的好辦法。
▲圖片來源:大英博物館。

人類為了進一步研究視覺的作用原理,催生了很多有趣的發現,比如立體成像。在 1838 年的時候,Charles Wheatstone 繪製了有史以來第一台立體成像工具,這一研究和光學研究一起為如今的 3D 成像奠定了基礎。
▲第一個立體鏡,由查爾斯惠斯通設計並發表在皇家學會哲學彙刊卷(1838 年)

該發明後來被用作創建 3D 立體眼鏡,還誕生了專門拍攝 3D 圖像的攝影工具。
▲左邊:19 世紀晚期的立體鏡廣告。 右圖:立體鏡圖解(1882年)

早期版本的立體眼鏡似乎沒有使用任何鏡片系統,圖片必須放置在特定的距離,從而導致本身的結構較為複雜。而隨着鏡片系統的完善,更加耐用小巧的立體眼鏡也隨之誕生。

我想你大概能夠明白立體眼鏡的運作原理,而背後的技術讓這些早期的設備和如今的 VR 頭戴連接起來。

3
眼鏡

Nimrud 鏡片是現存最早的鏡頭之一,發現於伊拉克,大概誕生於公元前 750 - 710 之間,由於鏡頭本身沒有放大的功能,所以它具體的用途現在並不完全被釐清。

▲大英博物館的尼姆魯德鏡頭

在古羅馬時代,Lucius Annaeus Seneca 就使用裝滿水的玻璃容器來輔助閱讀,雖然當時這種玻璃容器本身並不算流行,但也算是隨着書寫和印刷技術發展到一定程度才逐步誕生的需求。

所以在玻璃和放大鏡誕生之後,越來越多的鏡片和相應的光學應用也開始普及,眼鏡、望遠鏡、相機、立體鏡、投影儀等等。

▲Johann Amos Comenius(1658年)

有了這些的鏡片,伽利略才有機會發明望遠鏡,他曾經用望遠鏡來記錄太陽黑子,他在紙上畫了一個圓圈,然後將它放在望遠鏡附近,讓它和太陽對齊,太陽黑點就會在紙的對應位置上留下斑點,最後把黑點勾勒出來。
▲伽利略·伽利萊 (Galileo Galilei) 的太陽黑子

雖然這看起來是一個非常簡單的解決方案,伽利略也在實驗指出,執行起來並不複雜,不過在 Marc Welser 的信當中,伽利略還補充道:
「……不過在執行的時候需要心靈手巧,你需要隨着太陽活動及時移動望遠鏡,確保它能對準太陽的位置,並投射到紙張上……」
▲圖片來源:Wikipedia Commons

同樣在 19 世紀,有項名為 Camera lucida 的發明,這項發明可以藉助稜鏡將藝術家眼前的事物投射到紙面上,從而方便他們將輪廓勾勒出來。

這個設備方便攜帶,可以幫助藝術家勾勒出物體的輪廓,不過由於在繪畫過程中,手會遮擋住紙面的內容,所以藝術家需要經過一段時間的訓練才能駕馭這個工具。藝術家需要快速繪製出粗略的輪廓,然後藉助這個工具來做細化。

無論是伽利略的太陽黑子還是 Camera lucida ,都和現代的 AR 的運作原理類似,比如同樣藉助 AR 應用測量現實世界中的物體的尺寸。說明這類需求一直存在着。

雖然玻璃鏡片花了很長的時間來完善和普及,但是我們注意到護目鏡存在的歷史要比鏡片長。比如下圖這款用來對抗雪盲症的眼鏡,可追溯到 2000 年前(有人認為它的歷史還要更加悠久),它一般是用骨頭、皮革或者是木頭來製成。雖然這類產品和玻璃鏡片發明並沒有交集,但它們也非常有趣。

▲現存於加拿大博物館

隨着鏡片技術的發展,各種使用場景開始出現,下圖的印刷品展示了功能各異的鏡片。
▲Trade card: The Maker. [James Ayscough, Ludgate St, London] optician

最終,眼鏡成為了常見的日用品,以至於我們並不認為它是一項偉大的發明。在 AR 驅動和 VR頭戴設備出現的時候,眼鏡作為其中的必要構件,發揮了及其重要的作用。
▲左側:伊萬·薩瑟蘭 (Ivan Sutherland) 早期頭戴式顯示器 右邊:谷歌眼鏡
4
結語
越深入地審視,我們所發現的就會越多。我們現在所應用到 AR、VR 的技術非常複雜,可追溯到過去幾個世紀的積累,但是單獨審視單個技術發明的時候,我們會重新看到前面幾十代先輩的經驗積累和探索。比如,印刷術的發明對鏡片發明的推動影響遠遠超出眼鏡本身,即使你僅僅只是對於古代的視覺感知有興趣,你也會在其中所涉及到的研究和藝術作品與現代技術中來回穿梭,並發現其中的奧秘。而發現這些奧秘的一開始,僅僅只是想在略顯乏味的生活中尋找娛樂。時至今日,VR、AR 或是其他高科技技術的誕生都是因為我們在乏味的生活中發現樂趣所需的產物。
文章參考:

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

—The end—
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譯者:Paris
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