虛擬現實技術邁入“+”時代

與“互聯網+”一樣，虛擬現實（Virtual Reality，VR）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初步形成，并已從技術研究、系統研發發展到多種應用階段。虛擬現實+X（應用領域）成為一種新的發展趨勢，虛擬現實技術進入了“+時代”。

VR技術潛力巨大

模擬現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交互設備與虛擬環境中的對象進行交互，產生與對應真實環境中的對象進行交互的體驗。現在自然交互、體感交互是非常熱的研究方向。三是構想性，參與者在虛擬環境中可以激發想象，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：一是各行業領域的規劃決策，如城市規劃，手術規劃等；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：一是讓我們的發展變得更加科學，先在數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。這將是新聞傳播發展的趨勢。

VR和應用領域的關系，類似于數學和物理。先通過數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先在虛擬環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“+”的發展期。一是VR進入各個行業領域，二是VR進入大眾生活，特別是進入互聯網應用和移動終端應用。2006年發布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》中就把VR列為信息領域優先支持的三個方面之一。《“十三五”國家科技創新規劃》中，VR也是一個考慮重點，和大數據、云計算一樣，國家會給予繼續支持。

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。

現在運用VR技術較多的是汽車制造業。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，大幅度縮短了研發周期，降低了研發成本。

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了大飛機駕駛艙的虛實結合的儀表布局和環境設計系統。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在醫療健康領域也極具發展潛力。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技術與系統國家重點實驗室陸續研發了牙科手術模擬器、心血管介入手術模擬器以及腹腔鏡手術模擬器，目前正在向產業化方向推進。民政部康復中心已經制定了建設基于VR的康復基地的規劃。醫療健康領域將因VR應用而產生重大變革。

基于模擬器的腹腔鏡手術與傳統開放式手術不同，醫生手術不是看著人體器官做，而是通過內窺鏡看著屏幕來做手術。這就給虛擬手術、研發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字化器官，醫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據，構建個性化病體器官模型，進行具體的手術規劃和預演，從而大幅度提升手術效果，對醫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。

數字化文化保護與利用是VR的傳統應用領域。例如，通過VR技術可以再現歷史文化遺產，特別是非物質文化遺產，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出現，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技術可以實現交互式物理、化學等的仿真實驗，還有醫學教學等各種實驗。教育部現已批準建設了200多個虛擬仿真教學中心，支持這方面的發展，相信會對教學方式帶來深刻影響。

VR將爆發式增長

近幾年，Facebook、微軟、谷歌等公司對VR產業的介入，導致VR在產業界和投資界迅速升溫。

一些巨頭公司通過收購或領投VR創新公司，或自身部署VR研發團隊，開始搶占VR產業的制高點，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產業制高點。

2014年，Facebook以20億美元收購了Oculus公司，該公司是VR頭盔創業公司。頭盔有兩大類，一類是VR頭盔，一類是增強現實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、阿里巴巴領投數億美元支持Magic Leap創業公司。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、旅游和電信等行業帶來全新的機會和顛覆性影響。此外，HTC也宣布與Valve聯手，推出重量級頭盔顯示設備Vive，并于2016年4月開始發售。

目前，學術界、企業界、投資界都在對VR發展前景進行預測。2016年年初，美國高盛發布一份報告，詳細討論了VR/AR產業的未來發展狀況。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產業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品發展成為一種大眾通用計算平臺，移動性和電池續航問題均會得到解決。1100億美元的硬件規模與當前筆記本電腦市場規模（1110億美元）和電視機市場規模（990億美元）相當。

對于國內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產業將迎來爆發式增長。

（本文根據趙沁平院士的公開演講整理而成，未經本人確認。）