虛擬現實：一種全新的社會發展信息技術支撐平臺
——專訪中國工程院院士趙沁平

?

虛擬現實：一種全新的社會發展信息技術支撐平臺
——專訪中國工程院院士趙沁平

虛擬現實（VR）技術已經有幾十年的發展史。早期，由于計算機能力的不足，VR技術的發展相當困難。近年來，隨著計算機運算能力的大幅度提升，VR技術得以高速發展，不但在國防、航空航天、工業制造等領域得到越來越廣泛的應用，也在個人娛樂等方面進入了消費領域。

可以想見，未來相當長的一段時間里，VR都將是信息產業和信息技術發展的重要領域之一，它的逐步成熟和推廣應用，將對經濟社會發展和人民生活產生深遠的影響。

令人欣喜的是，中國的VR技術與國外相比，基本上處在齊頭并進的態勢。這要歸功于專注VR領域的諸多辛勤耕耘的行業中堅。現任虛擬現實技術與系統國家重點實驗室主任的趙沁平院士就是其中一位學術領袖。

新年伊始，本刊記者有幸面見趙沁平院士，就VR技術的發展做了一番討教。

VR技術的一些核心概念

長久以來，人類就一直在追求模擬仿制真實世界的事物為人所用。“草船借箭”中的稻草人，“紙船明燭照天燒”中的紙船，軍隊訓練拼刺刀用的木槍就是對人、船和槍的簡單實物仿真。

VR是一個很時髦的新概念，但是趙院士指出，人類一直在追求模擬仿制真實世界的事物為人所用。“草船借箭”中的稻草人，“紙船明燭照天燒”中的紙船，軍隊訓練拼刺刀用的木槍就是對人、船和槍的簡單實物仿真?，F代科學技術的發展把人類的這一追求不斷推向新的階段和高度。我們今天所談的虛擬現實用英文稱為“Virtual Reality”（VR）是用計算機而非實物來模擬現實世界。VR是隨著計算機技術，特別是計算機圖形學和人機交互技術的發展，人們在模擬現實世界方向上達到的最新境界。

有了計算機，人類在模擬現實世界方面就有了全新的強大工具。在用實物模仿真實世界的階段，人們只能模擬其中很少的一些特征，比如用稻草人來模擬人類的形體。有了計算機技術，就能生成與一定范圍真實世界在視、聽、觸感等方面高度近似的數字化環境，用戶借助必要的裝備與數字化環境中的對象進行交互作用，相互影響，從而產生親臨相應真實環境的感受和體驗。例如我們所熟悉的美國計算機游戲《使命召喚》和國產游戲《光榮使命》。

既然要模擬現實世界，那么從理論上說，VR就應當讓人的各種感官都能感受到現實世界的特征，包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺和方向感。顯然，這其中有著巨大的困難。

其中，真實感圖形圖像實時繪制是實現VR視覺感知的最重要手段, 是構造虛擬環境的一項核心技術。人們圍繞VR視覺進行了大量工作，也取得了顯著成就。趙院士領導的團隊在視覺、聽覺、力、觸覺等方面取得了很多成果。但是在味覺、嗅覺方面，世界上還普遍處于摸索階段，需要更長的時間才能取得實用化的成果。

VR+的用途和意義

與“互聯網+”一樣，虛擬現實技術也是各行業都可以采用并助力自身發展的一項重要技術。如今，虛擬現實＋成為一種新的發展趨勢，虛擬現實技術進入了“+時代”。

解答了VR的基本理念之后，趙院士著重強調了VR+。與“互聯網+”一樣，虛擬現實技術也是各行業都可以采用并助力自身發展的一項重要技術。如今，虛擬現實的基本概念和基本實現方法已經初步形成，并已從技術研究、系統研發等，發展到多種應用階段。

上文中討論的諸多領域，都可以用VR+的理念來推動技術發展和應用推廣。所謂“+”，就是把兩個領域的內容充分融合。VR+應用領域，就是要把VR變成這個應用領域發展的支撐平臺。

通過實現VR+，與國家戰略發展相關的國防軍事、航空航天、裝備制造、智慧城市、公共安全等行業，以及與大眾生活密切相關的醫療健康、教育培訓、商務消費、文化娛樂、社交旅游等領域將獲得全新的信息技術支撐和動力，實現升級換代式發展。

普通人接觸VR技術，很多是通過戰爭主題電子游戲。實際上這與VR技術的重要應用——軍事模擬訓練——是非常類似的。前文提到的《光榮使命》就有商業和軍用兩個版本，前者用于大眾消費，后者供部隊訓練之用。

趙院士指出，VR如今不僅可以應用于軍事訓練，還可以供人們在虛擬人體上進行手術訓練和手術規劃，可乘虛擬光速航天器在虛擬太空漫游、體驗相對論世界，供城市規劃、電視節目創意仿真、工程制造、教育等用途。

與傳統實物仿真手段相比，VR具有“3I”的特征，即沉浸感、交互性和構想性（Immersion、Interaction、Imagination）。

總體上說，就是要讓身處虛擬環境中的人們感覺自己是處在某個真實世界里，學習操作方法、發現各種問題。VR還能讓人們體會到一些在現實世界中無法直接體會的東西，例如可見光頻段之外的電磁波，以及人類無法生存的惡劣環境。也可以虛擬出現實世界中不存在的事物，用于娛樂或者鍛煉心理素質。

正是因為如此，一些IT巨頭企業開始將目光投向VR技術。2016年初美國著名投行高盛發布的一份報告，詳細分析了VR與AR（增強現實）產業的未來發展狀況。根據市場統計和預測，許多媒體將2016年稱為VR產業元年。

VR產業的發展大有可為

技術突破將導致各行業VR+系統的出現，導致有關行業產業的新發展；隨著VR設備性能的不斷提高和價格的降低，會帶來VR大眾消費的爆發式發展，并逐步形成如下新的VR產業生長點：虛擬現實人機交互設備產業；行業應用模擬器、虛擬環境產業；虛擬現實平臺軟件與嵌入式系統產業；領域和行業模型數據產業；網絡、移動終端虛擬現實產業；虛擬現實服務產業。

和各種新興高技術產業一樣，VR不但充滿活力和挑戰，也存在大量有待解決的問題和難題，而且還在不斷產生新的理論和關鍵技術問題，早在2008年，趙院士就提出了VR技術需要進一步研究的10大科學問題。最近，他又提出了7類問題，主要有：各類數據的獲取，以及多源數據/模型無縫融合；新概念數據獲取機制與設備；非剛體物理建模以及自由交互與實時逼真響應；行為、智能與演化模型；模型的可建模性、復雜性與可信性；真三維顯示與自然化人機交互機制與交互設備；應用效果的評價等。

上述問題的存在，也正是VR技術、VR產業進一步發展前進的方向。趙院士表示，如果上述技術取得突破，將導致新一代VR+系統的出現，并逐步形成如下新的VR產業生長點：虛擬現實人機交互設備產業；行業應用模擬器、虛擬環境產業；虛擬現實平臺軟件與嵌入式系統產業；領域和行業模型數據產業；網絡、移動終端虛擬現實產業；虛擬現實服務產業。

趙沁平，1970年參加工作，1986年獲博士學位。歷任北京航空航天大學計算機系主任、副校長，國務院學位委員會辦公室主任，教育部副部長。2013年當選中國工程院院士?，F任中國科協副主席、中國仿真學會理事長、虛擬現實技術與系統國家重點實驗室（北京航空航天大學）主任。

本期視點