觀點趙沁平：“虛擬現實+”進入發展期

觀點趙沁平：“虛擬現實+”進入發展期

趙沁平中國工程院院士、中國科協副主席、教育部教育信息化專家組組長

“虛擬現實+”是各個行業都可以應用的，包括我們的教育。虛擬現實是二三十年以前就出現的一個技術，最近一兩年比較火，虛擬現實近兩年火起來的原因是由幾個事件激發引起。一，2013年美國政府和歐盟相繼宣布實施“腦計劃”，欲構建人腦模型和虛擬人腦，我國也在制定我們國家的腦計劃；二，2014年，Facebook公司宣布斥資20億美元收購虛擬現實（VR）設備公司 Oculus，隨后google、微軟等大公司接連推出自己的VR頭盔顯示器，高調宣布進入虛擬現實領域。這意味著發達國家政府和大公司從不同的兩條戰線開始搶占 VR 制高點，再次引起了人們對 VR 技術的關注。

“虛擬現實+”成為發展趨勢

虛擬現實技術發展到現在不是偶然，它是一個發展的過程。一方面，計算技術進入人機物三元融合發展期，VR 思維與方法成為人機物三元融合的重要支撐；另一方面，VR技術本身也開始進入 VR+ 發展期，方便推動促進虛擬現實技術的發展；另外， +X ，各行業對VR系統新功能與新指標的需求，推動它產生一些實用功能。VR+X 的交叉合作，即虛擬現實技術和其它各行業的合作，也有利于推動它的發展，一些虛擬現實和一些相關領域的新技術，比如體感交互、VR交互設備、移動終端和網絡新應用等，都對VR技術的發展起到推動作用。

虛擬現實是通過一些設備、裝備進行交互，來產生的感受和體驗，每一項都有它適合的領域，虛擬現實平臺主要適合前期的規劃決策、設計評價、訓練體驗、文化教育等方面的應用。

經過三十多年的發展，VR的基本概念和基本實現方法已初步形成，并在許多行業領域取得可喜的應用成果，成為其發展的新的信息技術支撐平臺。VR與+X（應用領域）的關系，類似于數學和物理， VR+成為發展趨勢。

對此，各個國家都很重視。比如，2006年，中國政府發布中長期科技發展規劃綱要：虛擬現實技術為信息領域優先支持的三大前沿技術之一。2007年，日本政府發布創新2025科技發展規劃：虛擬現實技術為十八個方向之一。2008年，美國工程院公布人類21世紀面臨的14個重大工程挑戰問題，虛擬現實是其中之一。2012年，英國發布2015—2020年8個新興科學技術群戰略報告中6個涉及建模、模擬和虛擬的內容。

重要技術瓶頸有待突破

“虛擬現實+”已經做到什么程度呢？

VR創建的戰斗機

虛擬現實體驗

許多新技術都是在軍事領域開始應用，虛擬現實技術也一樣。上世紀八十年代，美國開始投入虛擬現實技術的研發，首先應用于軍方，用于虛擬戰場環境。之后應用于醫學（虛擬手術）、制造業（虛擬樣機）等。

虛擬技術在教育領域的應用，國內不少學校部署了虛擬校園，另外，一些學校部署了虛擬教學平臺，虛擬課堂等。目前的重點主要在虛擬教學實驗方面。比如，化學虛擬實驗、工程力學虛擬實驗、幾何光學虛擬實驗。具體來講，在虛擬教學中，可以面向工科學生進行讀圖訓練；實現真實感教學演示，如晶體分子結構演示、晶體管原理演示、計算機集成制造演示等，能形象地展示它的效果。

然而，現有虛擬現實技術距離 VR+ 期望目標，尚存在若干重大技術瓶頸，主要有如下幾方面。

第一，多源數據或者說多源數據建立的模型，相互之間的無縫融合困難，這是一個難題；

第二，對象模型不能自由交互與變拓撲實時逼真響應；

第三，現在大多數模型都是幾何的物理的，缺少非幾何物理的生理與智能模型；

第四，模型的復雜性、可建模性和可信性理論有待突破；

第五，有限帶寬和低計算資源下的圖形圖像處理低效；

第六，真三維顯示、人機體感交互與自然化人機交互設備不如人意，這方面要有很長的路還要走。

另外，相關技術和一些應用，和虛擬現實發展形成了互動，互相推動發展。比如，真三維的顯示、可穿戴設備、體感交互和移動終端的應用、新型網絡應用、大數據的應用，以及人體科學等領域的應用，都對虛擬現實會有推動和促進的作用。

相關技術和新型應用與虛擬現實發展形成互動，對虛擬現實提出新需求，為虛擬現實提供新元素。比如，新型虛擬現實交互設備，如全息、光塑顯示；可穿戴設備與體感交互；移動終端應用；新型網絡應用；大數據應用；人體科學等領域應用。

虛擬現實產業可望形成

上述技術的突破將導致 VR+ 新一代虛擬現實系統的出現，并逐步形成如下新的 VR 產業。

第一，虛擬現實人機交互設備產業，比如網上實驗需要一定的交互設備，鼠標、三維鼠標都是其中的一種類型，而且還會產生新的可以創新的領域，形成人機交互的交互設備產業；

第二，行業應用模擬器、虛擬環境產業，比如飛行模擬器、手術模擬器、軍事訓練，以及虛擬戰場環境，都是行業應用；

第三，虛擬現實領域和行業模型數據產業，比如美國有專門的人體器官虛擬模型系統；

第四，網絡、移動終端虛擬現實產業；

第五，虛擬現實平臺軟件與嵌入式系統產業

第六，虛擬現實服務產業。

相信今后將虛擬現實技術應用于教育領域，也會形成它自己的一些產業。所以，虛擬現實技術目前還是有很大發展前景的，是朝陽的技術領域。未來在航空航天、軍事應用、智慧城市、裝備制造、醫療健康、移動與網絡應用等方面都將是VR+ 重點發展的領域。

（本文整理自中國工程院院士、中國科協副主席、教育部教育信息化專家組組長趙沁平關于“虛擬現實+”的主題報告）