虛擬現實的昨天、今天和明天

金小剛 唐祥峻

虛擬現實技術經過長期的發展和積累，產業結構不斷完善，產業布局初步形成。從產業鏈的角度來看，虛擬現實相關硬件、軟件、平臺、內容和應用場景都已經逐漸走向成熟;從產業生態的角度來看，政府密集出臺促進發展的各項政策，研發機構不斷推出新技術、新應用，不同規模的相關企業蓬勃發展，各行業用戶規模不斷累積，虛擬現實產業落地生根的“沃土”已然形成

近年來，隨著虛擬現實相關軟硬件技術的不斷發展成熟、場景的不斷創新、內容的不斷豐富、案例的加速涌現，虛擬現實逐漸走到“臺前”，在教育培訓、醫療健康、設計制造、文化、商貿、旅游、娛樂等領域逐漸展現其廣闊應用前景和巨大的發展潛力。數字經濟時代，虛擬現實技術將對人們的生產生活方式產生越來越深入的影響，與物理實現平行的“孿生世界”將會成為人們了解世界、連接世界、影響世界的最重要載體和通道。

虛擬現實不是一種特定的應用，也并不針對特定的人群。它不會隨著某個特定的需求而出現，當這個特定需求得到滿足后隨之消失。相反，它適用于社會的各個領域——可以是教育行業、制造領域、娛樂游戲，也可以是電子商務。只要人們希望自己的生活更便捷、更幸福;只要供應商希望消費者能從更多層面體驗到自己的產品;只要內容制作人仍舊渴望表達，VR/AR就能以適合的方式應用其中。同時，虛擬現實技術和5G、人工智能等信息技術的深度融合，促進了不同領域的交叉融合，不斷催生新場景、新業態。

那么，VR/AR將會如何改變，又將改變社會生產生活的哪些方面呢？

密集出臺的政策促進產業快速發展

2016年在G20杭州峰會上，習近平總書記提出，人工智能、虛擬現實等新技術日新月異，虛擬經濟和實體經濟的結合，將給人們的生產生活方式帶來革命性的變化。

2018年12月，工信部發布《關于加快推進虛擬現實產業發展的指導意見》，指出虛擬現實能夠拓展人類感知能力、改變產品形態和服務模式，給經濟、科技、文化、軍事、生活等領域帶來深刻影響。全球虛擬現實產業正從起步培育期向快速發展期邁進，我國面臨同步參與國際技術產業創新的難得機遇，需加快我國虛擬現實產業發展，推動虛擬現實應用創新，培育信息產業新增長點和新動能。

2020年6月，深圳出臺產業扶持政策，重點支持面向VR/AR技術終端設備研發的企業，最高可補貼1000萬元。

2020年7月，國務院發文鼓勵“夜游”和“沉浸式”消費。

今年3月，“十四五”規劃綱要將虛擬現實和增強現實產業列為未來五年數字經濟重點產業，賦予了虛擬現實產業新的歷史使命，有望加速相關產業鏈發展。

移動互聯網帶來虛擬現實扎根的“沃土”

虛擬現實產業鏈可分為硬件、軟件、內容制作與分發、應用和服務四大部分。硬件包括虛擬現實技術使用的整機和元器件，按照功能可分為核心器件、終端設備和配套外設三個部分。其中，核心器件包括芯片、傳感器、顯示屏、光學器件、通信模塊等;終端設備包括主機、移動端設備;配套外設包括手柄、攝像頭和體感設備。虛擬現實軟件包括支撐軟件和軟件開發工具包。內容制作與分發是虛擬現實場景的數字表達，包括內容表示、內容生成與制作、內容編碼實時交互等。應用和服務是指使用虛擬現實技術來提供應用和服務。

從產業鏈的角度來看，我國虛擬現實產業結構不斷優化，產業生態初步形成。從產業鏈的結構看，移動互聯網的發展帶來芯片行業、軟件行業和內容制作行業的蓬勃發展，成為虛擬現實落地生根的“沃土”。在硬件層面，5G時代來臨，低延時、高寬帶、大容量的網絡通信，配合云計算的發展，有助于在低端設備上提升虛擬現實的沉浸感和可交互性，減弱因計算力不夠導致的眩暈等現象。同時，GPU運行效率越來越快，視覺、觸覺、聽覺等多感官交互系統共同發展、眼球追蹤表情捕捉等技術進入應用階段。此外，AI加快賦能虛擬現實，神經渲染、基于深度學習的三維重建、基于深度學習的運動合成、強化學習等技術的發展，為虛擬現實內容制作和生成提供有力支撐。

虛擬現實新產品和投融資市場表現火熱

隨著傳感、交互、建模和呈現等虛擬現實技術不斷成熟，虛擬現實產品和應用也隨之如雨后春筍般大量涌現。2020年1月，微軟Hololens 2代AR眼鏡正式上市;同月，全球首款1.3英寸2.6K微型OLED發布，Mojo Vision實現了隱形眼鏡內置LED顯示屏。2020年5月，虛幻引擎5正式發布;同月，高通宣布推出支持VR頭顯設備的WiFi—6E芯片;7月，酷派發布一體式AR眼鏡Xview;8月，華為上線3D開發工具Reality Studio;9月，Facebook發布Quest2（VR一體機），華為發布VR/AR Engine3.0;11月，OPPO推出AR眼鏡OPPO AR Glass 2021。虛擬現實新產品的發布可謂是緊鑼密鼓、目不暇接。

在產品發布革新的同時，伴隨而來的是科技公司和市場的熱烈響應。近三年的虛擬現實專利新申請量超過之前20年之和，投融資市場也進入新一輪增長的熱潮，各大互聯網企業紛紛布局虛擬現實領域。2020年全球虛擬現實市場規模約900億元，其中VR市場620億元、AR市場280億元。2020年1月，2020年國際消費類電子產品展覽會（CES 2020）順利舉辦，VR/AR參展企業327家，較2019年增長30%。此外，蘋果公司1億美元收購VR內容直播平臺Next VR，谷歌1.8億美元收購加拿大AR眼鏡廠商North，索尼宣布對Epic Games投資2.5億美元，這些都顯示著科技公司投資虛擬現實領域的熱情。

社會需求決定了虛擬現實發展的廣度和深度

社會需求決定了市場大小。虛擬現實可應用于包括教育、制造、娛樂、軍事、智慧城市、航空航天等多個行業，這也決定了它的應用案例多、應用領域廣。例如，在航空航天行業，虛擬現實技術被應用于虛擬環境模擬訓練，并在神舟11號飛行任務中為航天員提供心理支持和保障;美軍很早就應用虛擬現實技術進行模擬軍事訓練、武器系統設計和評估，并構建了虛擬戰場環境。在制造業，虛擬現實技術可以全方位展示產品外形、結構和零部件使用方案，打破二維設計的桎梏;在教育行業，能為人們打造一個安全、相對準確的虛擬環境中，從而極大地提高人們的互動性、注意力和理解力;在醫療行業，被應用于解剖學和病理學的教學，外科手術的訓練和規劃，精神康復治療等;在文化藝術行業，被應用于文物古跡復原和藝術品展示;在旅游行業，可以將購物、娛樂、飲食、住宿等出行數據在虛擬旅游中集合，提供旅游預體驗;在汽車行業，AR可在擋風玻璃上展示不同信息，以帶來更好的駕乘體驗。

2020年，新冠疫情突襲全球，使人們的行動和交流受限的同時，也再一次引爆了社會對虛擬現實的需求。借助AR/VR，人們可以不受現實世界時空限制，在充分自由的虛擬世界中了解、探索、近距離觀察事物并表達自我。

近期火熱的元宇宙概念，代表著虛擬現實未來的發展方向。元宇宙是一個虛擬時空間的集合，由一系列的增強現實、虛擬現實和互聯網所組成，代表著互聯網的下一個階段。元宇宙的火熱必將影響人們了解物理世界、連接物理世界，甚至成為改變物理世界的重要載體和通道。

虛擬現實的發展還有漫長的路程

虛擬現實的研究涵蓋了圖形學、人機交互、心理學、腦科學、人工智能等多學科領域，即便只關注虛擬現實的浸感性、交互性和想象力三個3I特性，現階段虛擬現實的應用仍存在很多問題。

從沉浸感的角度來說，一般的移動端設備很難支持實時光追，盡管基于光柵化和圖像渲染等實時渲染算法的真實性已經非常高，但對于要求做到“以假亂真”的沉浸感，虛擬現實仍需要非常大的美術工作量和算力支撐;而為了構建真實可信的環境，還需要環境中有合理的物理響應，包括如何快速進行連續碰撞檢測，如何在節省計算力的情況下生成真實的物理特效——如流體特效、軟體特效等都是尚待解決的問題。此外，虛擬人會成為一個獨特的研究方向，其真實的面部表情動畫、自然豐富的行為姿態生成，都是非常重要的課題。

從交互性的角度來說，輕便的、易于操作的設備往往能帶來更好的體驗，但相應的準確性也會同步下降;當人們沉浸在虛擬環境中時，怎樣的交互方式可以不破壞沉浸感，又能準確達到用戶目的，還尚未解決。交互的快速響應要求虛擬現實環境中運行的所有算法都必須達到實時，這同樣是對訪存的考驗。如果整個環境都用相同的三角面片表示，復雜的幾何模型帶來更多細節的同時，也占用了更多的存儲資源。

想象力方面更多受限于創作者的創作能力，如何提供一個門檻更低、更易于創作者發揮自身想象力的平臺或者工具，也是急需解決的難題之一。元宇宙可能是虛擬現實應用的終極目標，但它不是一個應用，而是提供了另一個現實。每個人在那個現實中擁有著自己的化身，可以自由地創作和分享，可以涵蓋社會生產生活的許多方面。

現階段，虛擬現實領域需要做的是把握新一代信息技術孕育發展的機遇，堅持創新驅動、協同發展;加強技術產品研發、豐富內容服務供給，深化行業應用、優化發 展環境、建立標準規范、強化公共服務。以產業創新能力提升，促進虛擬現實與實體經濟的深度融合。

（作者單位：浙江大學）

近期火熱的元宇宙，可能是虛擬現實應用的終極目標。元宇宙是一個虛擬時空間的集合，由一系列的增強現實、虛擬現實和互聯網所組成，代表著互聯網的下一個階段。元宇宙的火熱必將影響人們了解物理世界、連接物理世界，甚至成為改變物理世界的重要載體和通道。