虛擬現(xiàn)實：通向元宇宙的“蟲洞”

寇佳麗

在所有為大眾所熟知的前沿科技中，虛擬現(xiàn)實（VR）是重點也是熱點。它關(guān)系生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，也關(guān)系學(xué)習(xí)、生活與娛樂，是非常有趣的“多面派”。如何理解“虛擬現(xiàn)實”？“虛擬現(xiàn)實”與其他前沿科技的關(guān)系又是什么？帶著這些問題，《經(jīng)濟》雜志、經(jīng)濟網(wǎng)記者專訪了東北大學(xué)軟件學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)系主任高天寒教授。

《經(jīng)濟》：您理解的“虛擬現(xiàn)實”是怎樣的？

高天寒：虛擬現(xiàn)實是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真技術(shù)，其目標(biāo)是以計算機技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成在視覺、聽覺、觸覺、味覺等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，即虛境。用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對象進行交互作用，相互影響，產(chǎn)生親臨相應(yīng)真實環(huán)境的感受和體驗。虛擬現(xiàn)實具有多感知、沉浸、交互、構(gòu)想四個基本特征，強調(diào)虛擬現(xiàn)實中用戶的主導(dǎo)作用。從過去用戶只能從計算機系統(tǒng)的外部去觀測處理的結(jié)果，到能夠沉浸到計算機系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中；從過去用戶只能通過鍵盤、鼠標(biāo)與計算環(huán)境中的單維數(shù)字信息發(fā)生作用，到能夠使用多種傳感器與多維信息環(huán)境發(fā)生交互；從過去用戶只能以定量計算為主的結(jié)果中得到啟發(fā)從而加深對事物的認(rèn)識，到有可能從定性和定量綜合集成的環(huán)境中得到感知和理性的認(rèn)識從而深化概念并萌發(fā)新意。

總而言之，作為當(dāng)今時代最前沿的科學(xué)、哲學(xué)和技術(shù)之一，虛擬現(xiàn)實是一種創(chuàng)造全面幻想的全新手段。虛擬現(xiàn)實是用戶感受美好或體驗恐懼的最強大媒介，其將帶給用戶前所未有的體驗。在人類認(rèn)知和感知方面，虛擬現(xiàn)實正逐漸成為研究人類存在的重要手段。

《經(jīng)濟》：虛擬現(xiàn)實已經(jīng)為我國工業(yè)生產(chǎn)帶來哪些積極影響？

高天寒：虛擬現(xiàn)實作為數(shù)字可視化的最新表現(xiàn)形式，借助其特性將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息以更加形象的方式展現(xiàn)出來，為數(shù)據(jù)賦予生命，使用戶能夠身臨其境地感受數(shù)據(jù)流程中的真正效果，在工業(yè)領(lǐng)域的精密設(shè)備技能培訓(xùn)、復(fù)雜工藝流程優(yōu)化等方面具有重要應(yīng)用前景。

在以工業(yè)為首的高精尖產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，生產(chǎn)設(shè)備成本高昂、操作復(fù)雜。如果操作人員在未經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)的情況下對設(shè)備進行操作，往往會造成設(shè)備損壞，從而產(chǎn)生巨額維修成本，因此工業(yè)領(lǐng)域的人員培訓(xùn)一直是困擾行業(yè)的難題。與此同時，工業(yè)領(lǐng)域的工藝生產(chǎn)流程往往十分復(fù)雜，且隨著科技與需求的不斷發(fā)展，對現(xiàn)有工藝流程的改進和優(yōu)化已逐漸常態(tài)化。優(yōu)化過程中的實驗測試成本高昂，即無法保證實驗數(shù)量的充足性。而虛擬現(xiàn)實不但可以通過結(jié)合三維建模技術(shù)對精密生產(chǎn)設(shè)備進行仿真，同時可以模擬各種參數(shù)下的生產(chǎn)效果并進行實驗比對，有效減少了實驗成本，進而保證工藝流程優(yōu)化的高效性與可行性。

以工業(yè)領(lǐng)域的鋼鐵冶金全流程為例，其涵蓋燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等環(huán)節(jié)。鋼鐵冶金的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，且在生產(chǎn)冶煉過程中，各個環(huán)節(jié)間均擁有大量實時數(shù)據(jù)的傳輸，復(fù)雜的冶煉參數(shù)會對鋼鐵冶煉質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。在實際過程中，不同的冶煉需求要通過不斷調(diào)整冶煉環(huán)節(jié)的各個參數(shù)，通過分析對比所煉鋼鐵的質(zhì)量來確定此次冶煉過程的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)嘗試過程冶煉成本巨大、技術(shù)操作復(fù)雜且培訓(xùn)難度較高，借助虛擬現(xiàn)實可以有效解決鋼鐵冶金全流程中的成本高、培訓(xùn)難等問題。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的成熟與不斷發(fā)展，我們可以將鋼鐵冶金全流程通過虛擬場景進行模擬，同時根據(jù)鋼鐵冶煉原理在系統(tǒng)中響應(yīng)實時的冶煉參數(shù)，通過高仿真效果將對應(yīng)的鋼鐵冶煉效果表現(xiàn)出來，再現(xiàn)動態(tài)的系統(tǒng)工作原理、生產(chǎn)流程及冶煉效果。針對不同的冶煉需求進行有針對性而又詳盡的工藝流程模擬，可對操作人員進行工藝流程、設(shè)備安裝、系統(tǒng)性能等方面的培訓(xùn)，從而有效降低冶煉成本和實際操作風(fēng)險。

虛擬現(xiàn)實與工業(yè)制造結(jié)合構(gòu)建數(shù)字化工廠，能夠?qū)⑷a(chǎn)流程進行仿真存儲在系統(tǒng)中，使工業(yè)設(shè)計的手段和思想發(fā)生質(zhì)的飛躍。數(shù)字化工廠系統(tǒng)將生產(chǎn)的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)可視化，在一個系統(tǒng)中就能直觀看到生產(chǎn)線中的所有實時數(shù)據(jù)，并對生產(chǎn)情況實時監(jiān)控。另外，管理人員還可以在虛擬數(shù)字化工廠中對生產(chǎn)進行管理規(guī)劃，實現(xiàn)生產(chǎn)工序設(shè)計、生產(chǎn)線布局、工藝改造和流程模擬，科學(xué)合理地調(diào)動各種資源，從而使生產(chǎn)管理規(guī)劃實際應(yīng)用更高效，對企業(yè)提高開發(fā)效率，加強數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低風(fēng)險起到了重要作用。

《經(jīng)濟》：想要全面提升VR全產(chǎn)業(yè)鏈條質(zhì)量，我們還需要做好哪些工作？

高天寒：要全面提升全產(chǎn)業(yè)鏈條質(zhì)量，首先要解決產(chǎn)業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)不一的問題。當(dāng)下各種虛擬現(xiàn)實硬件設(shè)備層出不窮，各公司之間仍未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致虛擬現(xiàn)實行業(yè)的開發(fā)者必須在應(yīng)用開發(fā)過程中或打包完成后進行移植，以完成不同設(shè)備的兼容性，這對開發(fā)者來說會產(chǎn)生極大的額外工作量。OpenXR標(biāo)準(zhǔn)組織力求把各個平臺的SDK標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，業(yè)內(nèi)可以基于此項研究繼續(xù)開展深入調(diào)研，達成開發(fā)者只需開發(fā)一次應(yīng)用就能在不同平臺上分布運行的最終目標(biāo)。實現(xiàn)業(yè)界開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一對VR產(chǎn)業(yè)來說將是極大利好。

其次，硬件設(shè)備制作廠商需要全力突破清晰度、計算性能與眩暈問題。軟件內(nèi)容制作人員在產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)過程中需要進行全方位的市場調(diào)研，同時提升自身技術(shù)水平，力求保證產(chǎn)品完整度與易用性高、畫面真實度與操作感強，為用戶提供良好的沉浸交互式體驗。

人才培養(yǎng)是VR產(chǎn)業(yè)的最重要一環(huán)。領(lǐng)域內(nèi)的各高校和企業(yè)需立足于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，打造面向市、省、全國的階梯貫通式專業(yè)人才培養(yǎng)模式和以虛擬現(xiàn)實相關(guān)領(lǐng)域的社會服務(wù)與企業(yè)人才輸送為導(dǎo)向的技術(shù)創(chuàng)新體系，力求培養(yǎng)具備虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵應(yīng)用開發(fā)能力，具有創(chuàng)新精神、團隊精神與敬業(yè)精神，從事虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)崗位及管理崗位的實用性、復(fù)合型、國際化高級行業(yè)人才。同時，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育培訓(xùn)、醫(yī)療、社交娛樂、工業(yè)農(nóng)業(yè)、旅游、城市房產(chǎn)、電商、軍事、航空航天等各領(lǐng)域的應(yīng)用為主體技術(shù)架構(gòu)，解決傳統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)及共性難題，形成實用高效的解決方案，從而實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研一體化與社會效益的最大化，全面提升VR產(chǎn)業(yè)鏈條的質(zhì)量。

《經(jīng)濟》：您如何看待虛擬現(xiàn)實技術(shù)與元宇宙、數(shù)字孿生的關(guān)系？

高天寒：元宇宙是利用科技手段進行連接與創(chuàng)造的，是與現(xiàn)實世界映射與交互的虛擬世界，是具備新型社會體系的數(shù)字生活空間。元宇宙具備創(chuàng)造性、實時性、持續(xù)性、連接性、兼容性、經(jīng)濟屬性六大特性，具有基礎(chǔ)設(shè)施層、人機交互層、去中心化層、空間計算層、創(chuàng)作者經(jīng)濟層、發(fā)現(xiàn)層、體驗層七層產(chǎn)業(yè)鏈。第一階段的元宇宙賦能社交與娛樂，第二階段即為全真互聯(lián)網(wǎng)，賦能生活和產(chǎn)業(yè)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是通向元宇宙的“蟲洞”，全景沉浸式交互設(shè)備是連接玩家與元宇宙的重要交互手段，虛擬現(xiàn)實能夠讓用戶進入全仿真環(huán)境，全面連接玩家的視覺、聽覺、觸覺、味覺，而增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實則能讓虛擬世界與真實世界共同存在且相互融合。與此同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是元宇宙全生命周期的支撐技術(shù)，為以游戲、交互、人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)計算為核心的元宇宙技術(shù)架構(gòu)的搭建與完善奠定重要基礎(chǔ)。

數(shù)字孿生是集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是以智能數(shù)據(jù)解析為基礎(chǔ)的實時虛擬交互和映射，本身具備高效決策、深度分析等特點，將有力推動數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進程，加快實現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟戰(zhàn)略。同時，數(shù)字孿生也是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實體的虛擬實體，借助歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)及算法模型，模擬、驗證、預(yù)測、控制物理實體全生命周期過程的有效技術(shù)手段，即“長得像，動作一致，思維統(tǒng)一”。數(shù)字孿生涵蓋人工智能、區(qū)塊鏈、云計算、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、霧計算、5G、超高清、物聯(lián)網(wǎng)、泛虛擬現(xiàn)實等全鏈條技術(shù)，物理實體、虛擬實體、服務(wù)、孿生數(shù)據(jù)、連接構(gòu)成了數(shù)字孿生五維模型，而虛實共生性、高仿真性、高實時交互性、深度洞見性則為數(shù)字孿生的四大特性。虛擬現(xiàn)實提供的沉浸式交互方式使得數(shù)字化世界在感官和體驗上更加接近于物理世界，讓“孿生”一詞變得更為精妙。

《經(jīng)濟》：您如何看待元宇宙的發(fā)展前景及風(fēng)險？

高天寒：元宇宙的發(fā)展需要大量創(chuàng)新，包括內(nèi)容生成、經(jīng)濟模式、交互方式等。在用戶端，最重要的是接入元宇宙的方式。當(dāng)下設(shè)備只能提供視覺、聽覺等基礎(chǔ)信息，腦機接口技術(shù)尚未成熟；而在系統(tǒng)端，元宇宙的平穩(wěn)運行對算力、時延等的需求也極大，傳統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)無法企及。元宇宙前景廣闊，機遇與挑戰(zhàn)并存，其發(fā)展道路仍很漫長，所有領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)技術(shù)的從業(yè)人員必須腳踏實地，專注底層理論與技術(shù)研究，從而在元宇宙逐步完善的過程中占據(jù)主動。

產(chǎn)業(yè)內(nèi)卷、資本操縱、壟斷張力、輿論泡沫、算力壓力、經(jīng)濟風(fēng)險、隱私風(fēng)險、沉迷風(fēng)險、知識產(chǎn)權(quán)、倫理制約是元宇宙未來發(fā)展的十個主要風(fēng)險。比如，如何在去中心化的框架中構(gòu)建元宇宙的倫理框架共識，仍需從多視角進行探索；再比如，個體隱私數(shù)據(jù)作為支撐元宇宙持續(xù)運轉(zhuǎn)的底層資源需要不斷更新和擴張，數(shù)據(jù)資源合規(guī)收集、儲存與管理尚待探討。