與“互聯(lián)網(wǎng)+”一樣，虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術也是各行業(yè)都可以采用并助力自身發(fā)展的一項重要技術。如今，虛擬現(xiàn)實的基本概念和基本實現(xiàn)方法已初步形成，并已從技術研究、系統(tǒng)研發(fā)發(fā)展到多種應用階段。虛擬現(xiàn)實＋X（應用領域）成為一種新的發(fā)展趨勢，虛擬現(xiàn)實技術進入了“+時代”。

　　VR技術潛力巨大

　　模擬現(xiàn)實世界的方法有實物仿真、機電仿真、計算機仿真等。實物仿真事例很多，草船借箭就是用稻草人對人進行模擬；軍事訓練中用木頭棍模擬槍械進行拼刺刀訓練。計算機誕生后，計算機仿真成為模擬仿真的一個主流技術和方向，早期是模擬機仿真，后來是數(shù)字計算機仿真。隨著計算機處理能力，特別是計算機圖形處理和人機交互能力的大幅度提升，上世紀60年代出現(xiàn)了VR概念。

　　VR有三個典型特征：一是沉浸感，參與者可以全身心沉浸于計算機生成的三維虛擬環(huán)境中；二是交互性，參與者可以通過一些VR交互設備與虛擬環(huán)境中的對象進行交互，產(chǎn)生與對應真實環(huán)境中的對象進行交互的體驗?，F(xiàn)在自然交互、體感交互是非常熱的研究方向。三是構想性，參與者在虛擬環(huán)境中可以激發(fā)想象，或者可以構想未來世界和歷史世界。

　　VR技術由于其特點，適合以下幾方面應用：一是各行業(yè)領域的規(guī)劃決策，如城市規(guī)劃，手術規(guī)劃等；二是設計評價，如在裝備制造領域，可以先設計構造虛擬樣機，通過對虛擬樣機各種性能的評價測試，對設計進行修改；三是訓練體驗，比如軍事訓練，以及對航天設備、核設備的維護，可在虛擬裝備上進行維護和操作訓練；四是文化娛樂等領域的應用。

　　VR可以從兩方面改變我們的世界：一是讓我們的發(fā)展變得更加科學，先在數(shù)字空間進行充分論證，然后再實際實施；二是可以使廣大人民群眾的生活更加精彩。舉一個VR應用的實例。2015年10月，在拉斯維加斯舉行的美國民主黨總統(tǒng)候選人答辯會上，采用VR進行實時直播，擁有VR觀看設備的觀眾可以現(xiàn)場前排座位觀眾角度進行觀看，獲得身臨其境的體驗。這將是新聞傳播發(fā)展的趨勢。

　　VR和應用領域的關系，類似于數(shù)學和物理。先通過數(shù)學理論方法給出一個假說，然后再用物理實驗方法對其進行驗證。比如愛因斯坦100年前就通過理論和數(shù)學預言了引力波的存在，但到100年以后的今天，我們才真正從物理上觀測到了引力波。VR應用于各領域可實現(xiàn)先在虛擬環(huán)境或虛擬對象上進行研究論證，然后再構造實物或進行實物操作。

　　目前，VR已進入“+”的發(fā)展期。一是VR進入各個行業(yè)領域，二是VR進入大眾生活，特別是進入互聯(lián)網(wǎng)應用和移動終端應用。2006年發(fā)布的《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中就把VR列為信息領域優(yōu)先支持的三個方面之一?！?ldquo;十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中，VR也是一個考慮重點，和大數(shù)據(jù)、云計算一樣，國家會給予繼續(xù)支持。

　　VR應用成果矚目

　　VR已在許多領域取得引人矚目的應用成果。面向制造領域，在裝備設計、研發(fā)過程中，可以采用虛擬樣機技術。例如波音公司上世紀90年代初期對波音777飛機中的各種管線布局設計采用VR技術，一次成功。

　　現(xiàn)在運用VR技術較多的是汽車制造業(yè)。近年來，梅賽德斯-奔馳、寶馬、豐田等著名汽車公司在新車設計中采用VR技術，首先研發(fā)虛擬樣車，設計人員在虛擬樣車中沉浸式地體驗新車性能和舒適感，進而對設計進行改進，大幅度縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。

　　航空航天也是應用VR比較早的領域。我們與中國商用飛機有限責任公司合作研發(fā)了大飛機駕駛艙的虛實結合的儀表布局和環(huán)境設計系統(tǒng)。駕駛員戴著頭盔進行操作，測試飛機儀表布局、色度，起落時的光照是否合適，依此對設計進行調整。

　　VR在醫(yī)療健康領域也極具發(fā)展?jié)摿?。首先是對人體及人體器官的三維可交互展示。在國家自然科學基金的支持下，北航VR技術與系統(tǒng)國家重點實驗室陸續(xù)研發(fā)了牙科手術模擬器、心血管介入手術模擬器以及腹腔鏡手術模擬器，目前正在向產(chǎn)業(yè)化方向推進。民政部康復中心已經(jīng)制定了建設基于VR的康復基地的規(guī)劃。醫(yī)療健康領域將因VR應用而產(chǎn)生重大變革。

　　基于模擬器的腹腔鏡手術與傳統(tǒng)開放式手術不同，醫(yī)生手術不是看著人體器官做，而是通過內(nèi)窺鏡看著屏幕來做手術。這就給虛擬手術、研發(fā)手術模擬器帶來了機遇。虛擬手術中的人體器官都是通過幾何、物理和生理建模得到的高度逼真的數(shù)字化器官，醫(yī)生在這樣的器官上進行手術操作，感覺與在真實器官上做手術一樣。這樣就可以通過虛擬手術模擬器對大夫進行手術培訓。還可以采集個性化的病體器官數(shù)據(jù)，構建個性化病體器官模型，進行具體的手術規(guī)劃和預演，從而大幅度提升手術效果，對醫(yī)療手術帶來顛覆性影響。

　　VR與電子商務的結合，使得消費者不僅能看到商品逼真的三維圖像，還可以進行首飾、服裝等的試穿、試看。

　　數(shù)字化文化保護與利用是VR的傳統(tǒng)應用領域。例如，通過VR技術可以再現(xiàn)歷史文化遺產(chǎn)，特別是非物質文化遺產(chǎn)，使得參與者可以穿越時空，體驗歷史文化。目前，基于VR技術構建的虛擬博物館和虛擬科技館已經(jīng)出現(xiàn)，如虛擬故宮、虛擬圓明園，以及中國科技館的許多VR科普展品等。

　　教育領域對VR也有著巨大應用需求。目前的網(wǎng)絡教學課件都是文字和圖片，無法做實驗，通過VR技術可以實現(xiàn)交互式物理、化學等的仿真實驗，還有醫(yī)學教學等各種實驗。教育部現(xiàn)已批準建設了200多個虛擬仿真教學中心，支持這方面的發(fā)展，相信會對教學方式帶來深刻影響。

　　VR將爆發(fā)式增長

　　近幾年，F(xiàn)acebook、微軟、谷歌等公司對VR產(chǎn)業(yè)的介入，導致VR在產(chǎn)業(yè)界和投資界迅速升溫。

　　一些巨頭公司通過收購或領投VR創(chuàng)新公司，或自身部署VR研發(fā)團隊，開始搶占VR產(chǎn)業(yè)的制高點，特別是頭戴式設備，頭盔和眼鏡。因為它們是VR的基礎設備，是硬件平臺，如果在這方面領先的話，就會像蘋果手機、高端芯片一樣，占領VR產(chǎn)業(yè)制高點。

　　2014年，F(xiàn)acebook以20億美元收購了Oculus公司，該公司是VR頭盔創(chuàng)業(yè)公司。頭盔有兩大類，一類是VR頭盔，一類是增強現(xiàn)實AR頭盔，兩者技術路線不同。2015年，微軟宣布推出Microsoft HoloLens全息眼鏡；谷歌、阿里巴巴領投數(shù)億美元支持Magic Leap創(chuàng)業(yè)公司。2015年，一項顛覆性顯示技術得以突破，即光場全息顯示，能使虛擬物體看起來完全與現(xiàn)實生活中一樣。這一技術將給影視、游戲、商務、旅游和電信等行業(yè)帶來全新的機會和顛覆性影響。此外，HTC也宣布與Valve聯(lián)手，推出重量級頭盔顯示設備Vive，并于2016年4月開始發(fā)售。

　　目前，學術界、企業(yè)界、投資界都在對VR發(fā)展前景進行預測。2016年年初，美國高盛發(fā)布一份報告，詳細討論了VR/AR產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展狀況。高盛認為VR/AR擁有巨大潛力，到2025年VR與AR軟硬件營收將達到800億美元，樂觀估計，年營收可達1820億美元（硬件1100億美元，軟件720億美元），保守預測，到2025年也會有230億美元。在標準預期下（800億美元），2025年VR/AR產(chǎn)業(yè)將超過全球平板電腦（630億美元）和游戲機（140億美元）。在樂觀預期下，到2025年，頭盔顯示設備等將從小眾產(chǎn)品發(fā)展成為一種大眾通用計算平臺，移動性和電池續(xù)航問題均會得到解決。1100億美元的硬件規(guī)模與當前筆記本電腦市場規(guī)模（1110億美元）和電視機市場規(guī)模（990億美元）相當。

　　對于國內(nèi)VR市場，IDC也給出預測，2016年我國VR設備出貨量將達到48萬臺，同比增長476%，VR產(chǎn)業(yè)將迎來爆發(fā)式增長。

　　（本文根據(jù)趙沁平院士的公開演講整理而成，未經(jīng)本人確認。）

　　中國工程院院士 趙沁平

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